清華大學教授、博士生導師郭彥林做為第一完成人的科研成果——《複雜鋼結構施工過程時變分析及控制關鍵技術研究與工程應用》獲得2011年國家科學技術進步獎（通用項目）二等獎。我國著名鋼結構專家蔡益燕曾說：“郭彥林在鋼結構方面的創新項目很多，創新程度也很高，他參與了國家體育場、廣州新電視塔等工程的研究工作，并将在工程中所遇到的技術難題上升到理論的高度進行擴展性研究。”1988年即開始執教的郭彥林已經桃李滿天下，他的學生當中有企業的總經理或總工程師，也有行業主管部門的工作人員，最重要的是，他們都活躍在目前的鋼結構行業，與他們的老師郭彥林一起為我國成為鋼結構強國在不懈地努力。本報将分兩次刊登獲得2011年國家科學技術進步獎（通用項目）二等獎的《複雜鋼結構施工過程時變分析及控制關鍵技術研究與工程應用》一文，敬請關注。——編者

 

　　施工力學計算理論與施工控制技術是與大型複雜鋼結構工程建設同步發展的。目前，世界上已建成或在建的大型複雜鋼結構工程項目主要集中在中國，其施工力學計算理論與施工控制技術一直是工程建設要解決的關鍵難題。《複雜鋼結構施工過程時變分析及控制關鍵技術研究與工程應用》課題組（以下簡稱課題組）在我國大型複雜鋼結構工程項目的施工技術研究與應用過程中，逐步建立和完善了複雜鋼結構施工過程一體化協同時變分析系統及計算理論，解決了施工時變結構“形”與“力”控制的關鍵技術難題，推動了我國複雜鋼結構施工力學計算理論與施工控制技術的跨越式發展。

 

　　一、複雜鋼結構施工過程一體化協同時變分析系統的建立與應用

 

　　針對以往在施工過程仿真計算中割裂了施工的連續性及施工體系各部分之間的相互作用等問題，我們建立了複雜鋼結構施工過程一體化協同時變分析系統及計算理論。通過集成生死單元等現有技術和課題組創立的狀态非線性求解技術、索滑輪自适應算法、千斤頂——接觸單元、逐點去約束找形法等新技術，融合了施工過程中永久性構件的逐步安裝、臨時支撐的裝配與拆除、施工臨時荷載的出現與消失、溫度與風荷載的作用等，能夠真實地反映結構安裝、邊界條件、荷載作用以及材料性能的時變性；尤其善于精确分析時間與空間域上施工體系的演變，準确計算施工體系各部分之間的相互作用，精準把握施工成型過程中結構的内力和位形的連續變化與非線性累積過程。【赤峰鋼結構】

 

　　課題組針對施工路徑及施工變形發展過程特别複雜的結構，建立了其施工過程三維動态變形預調值計算的多階段綜合疊代法，有效地解決了央視新址主樓與廣東省博物館新館變形預調值計算難題。

 

　　在将數字模拟計算技術有效地整合到結構整體提升、整體落架、整體滑移、整體張拉及整體起扳等新施工技術中，我們建立了準确評估施工方案和施工過程結構安全的數字化及信息應用技術。

 

　　在整體提升施工技術中，形成了提升體系安全保障機制，預防了設計狀态和提升狀态受力情況不同引起提升結構及胎架的潛在破壞風險；形成了提升力的合理分配機制，可自動控制提升總重量在結構柱及提升胎架之間的複雜分配關系；形成了全程時變控制機制，實現了對提升結構“脫離胎架——提升——合龍——落架”等提升環節數字模拟分析的“無縫連接”，揭示了提升結構體系與支承結構體系之間的複雜相互作用機理，并且能夠在一個整體有限元分析模型中實現提升點位移不同步、提升過程中碰撞、斷索等特殊情況以及風荷載、溫度作用等荷載工況的自動分析與評估。

 

　　在整體滑移施工技術中準确實現了對滑移結構與滑移支承體系之間在不同位置、不同施工步的相互作用力的主動控制；在整體落架施工技術中，實現了對結構與胎架之間接觸——脫離——再接觸以及相互錯動等作用的精确分析，解決了以往采用支座位移法分析的失真問題；在張拉結構整體張拉施工技術方面，實現了初始預應力态找形分析、張拉過程分析及使用期間作用效應分析的無縫連接，彌補了索結構針對大位移、複雜邊界條件轉變的計算技術缺陷；為适應巨型鋼拱、巨型環狀鋼結構安裝的需要，我們提出了一套完善的自适應整體起扳施工方案及一體化建模協同時變分析技術；提出了施工過程結構分析的狀态非線性求解技術、動态位形求解技術、逐點去約束找形分析方法、結構吊裝的拟滑輪與可動索滑輪單元新技術等，建立了基于時變分析的施工方案優化技術，有效地解決了施工過程時變結構内力和位形的非線性變化及累積的模拟分析難題。