工程结构在建造过程中整个结构的几何形态刚度及其荷载和边界条件按照一定次序先后形成 , 描述结构状态的各物理量在不断变化,呈现出结构时变、材料时变和边界时变的特性 , 其“路径”和“时间”效应直接影响施工阶段及使用阶段结构的受力性能。结构施工过程的力学分析属于施工力学的范畴 , 是力学理论与土木工程实践相结合而交汇发展起来的新型交叉学科,主要特征在于研究对象的几何参数、物理参数、边界数 , 是时间的函数 , 是耦合时间和空间的四维力学问题。

　　传统结构设计理论只对使用阶段的结构在不同荷载工况及其组合作用下的效应进行分析 , 以此来保证建筑结构具有一定的安全性和适用性。而实际结构的自重等恒荷载是在施工过程中随着施工步的推进逐渐施加在结构上的 , 竣工时恒荷载作用下所产生的内力和变形由各施工步的效应依次累积而成 , 其大小和分布规律与施工过程“路径”和“时间”效应存在某种密切的相关性。因此 , 不考虑施工过程影响的结构设计理论分析所得到的结果与实际情况存在一定的差别。当施工过程对结构效应影响较大时 , 特别是结构、材料和边界时变剧烈的大型复杂结构 , 可能会在施工过程中由于结构丧失稳定性或发生强度破坏而导致工程坍塌事故 , 也可能会在竣工状态下结构内力和变形过大而导致其在使用阶段与其他荷载效应组合以后呈现较高的安全风险。统计表明 , 在我国有 60 % 以上的工程结构倒塌事故发生在施工期间 , 究其原因 , 相当比例是由于没有考虑施工过程的力学分析。近年来我国涌现出了越来越多的大型复杂钢结构建筑 , 如 CCTV 新台址主楼和国家体育场“鸟巢”等项目。对于这些大型工程 , 施工过程对竣工时结构内力和位形状态的影响更大 , 须加以考虑和控制。结构施工完成后须满足两个基本条件 : 一是变形不超限 , 二是锁定结构的内力保持在一定范围内 , 使其与其他荷载效应的组合满足结构承载力要求。因此 , 现代大型复杂工程结构的建设要求设计人员不仅需要了解结构的建造过程和方法 , 还需对施工过程进行力学分析 , 同时施工技术人员不仅需要了解结构和建筑设计师的设计意图 , 也需要了解施工过程中结构内力和变形的发展情况 , 以保证施工过程中结构的安全性以及竣工后结构的位形和受力状态满足设计要求。

　　施工力学问题求解的控制方程为变系数微分方程或时变边值条件 , 材料力学、结构力学和弹塑性力学等经典力学不能直接用来求解施工力学问题 , 其分析的难点主要在于结构时变、材料时变和边界时变的模拟 , 通常只能获得数值解。此外 , 施工过程中的结构通常还伴有几何、材料和边界非线性问题 , 以致施工力学问题的求解非常困难。施工力学分析方法的研究最初主要集中在对桥梁和张拉结构成型过程的分析上 , 并取得了一定的成果。 20 世纪 80 年代开始 , 钢筋混凝土结构施工力学问题及其分析引起了科研工作者和工程师的广泛关注 , 研究主要集中在混凝土结构在浇筑和拆模等施工过程的安全性分析上。其后随着钢结构以及钢—混凝土组合结构的发展 , 施工力学问题更加突出 , 很多学者也做了大量的研究。施工力学问题及其求解方法的研究在理论上属学科前沿 , 在应用上是工程技术发展亟待解决、体现科技发展程度的一个重要研究方向。施工力学学科内容丰富 , 涵盖面广。广义上来讲 , 在项目建设中只要与“过程”相关的结构力学分析均属于施工力学的范畴。施工力学属于应用型学科 , 注重实际问题的解决 , 也可以看作是若干实际工程力学问题的有机统一体。

　　时变结构力学分为快速、慢速和超慢速时变结构力学三大领域 , 其中慢速时变结构力学主要研究施工力学问题 , 可通过采用离散性时间冻结的近似处理 , 把它当作一序列时不变结构进行静力或动力分析。施工力学问题现有的分析方法主要包括有限单元法、时变单元法和拓扑变化法。有限单元法是利用单元的增减实现求解区域的时变 , 存在运算矩阵奇异和网格不断重新剖分的缺点。与常规有限单元法相比 , 时变单元法的离散网格不变 , 通过单元大小的变化来实现求解区域的时变 , 但存在数值积分稳定问题。拓扑变化法应用拓扑学原理用数值手段实现求解区域随时间的变化 , 但要求时变次数不能太多 , 否则计算效率不高。