一种钢结构施工过程非线性分析方法与流程

1.本发明属于钢结构施工技术领域，尤其涉及一种钢结构施工过程非线性分析方法。


背景技术：

2.钢结构建筑近年来得到了大力的推广与应用，并陆续建成了一批以大跨、高层为代表的大型复杂钢结构。
3.大型复杂钢结构节点复杂、构件繁多，建造过程体系转换动态演变，许多大型钢结构的安装过程相当复杂。不同施工方式会影响最终结构体系的内力和变形，不仅影响结构的正常使用，甚至会影响结构的安全稳定，对大型复杂钢结构进行施工过程分析显得尤为重要。
4.传统基于计算长度系数法的钢结构稳定计算方法在施工过程分析中表现出明显的局限性，特别是在起吊和安装阶段，安装单元或构件尚不是设计成形的完整结构，其边界条件具有多变、不确定且容易遭受随机影响因素干扰的特征，因此，“不完整的结构状态”下，要分析施工阶段结构的结构稳定性是非常复杂的，甚至会由于无法确定计算长度而导致无法获得稳定性的准确评价，从而可能导致失稳、引发事故。加上制造偏差、焊接应力、安装缺陷等不可避免的因素，以及安装建造过程中变形累积的影响。
5.因此，亟需一种能考虑缺陷分布及变形累积的钢结构施工过程非线性分析方法，保证大型复杂钢结构的施工安全，提高安装控制精度。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于：为了克服现有技术问题，公开了一种钢结构施工过程非线性分析方法，解决了大型复杂钢结构建造过程中其力学行为难以精准预测与评价的难题，提高大型复杂钢结构的施工安全及安装精度。
7.本发明目的通过下述技术方案来实现：一种钢结构施工过程非线性分析方法，其特征在于，所述钢结构施工过程非线性分析方法包括：步骤一：建立结构计算模型，包括：建立带临时支撑结构的拟建钢结构的整体计算模型，定义材料参数、截面尺寸和边界条件；步骤二：划分施工模块，包括：基于施工流程，将拟建钢结构的整体计算模型划分为若干个施工模块；步骤三：依次激活施工模块，包括：基于施工流程，依次激活划分的各施工模块；步骤四：施加构件初始缺陷，包括：针对当前施工模块中的构件施加初始缺陷；步骤五：施加模块整体缺陷，包括：针对当前施工模块施加整体初始缺陷；步骤六：施加载荷，包括：向当前施工模块至少施加自重、风载荷以及各种施工过程的承受载荷；
步骤七：进行非线性计算，包括：对当前结构模块进行非线性计算分析；步骤八：判断是否安装完所有施工模块，包括：根据施工流程，判断各施工模块是否均已激活完成，若各模块均已激活完成进入步骤九，否则进入步骤三；步骤九：进行卸载分析，包括：根据施工流程，移除临时支撑，进行非线性卸载分析；步骤十：输出施工全过程的分析结果，包括：提取关键控制点（如位移最大点）的位移数据，关键构件（如应力比最大的构件）的内力响应，依托《钢结构设计标准》（gb50017），评估钢结构的安全性。
8.根据一个优选的实施方式，所述施工模块中构件的初始缺陷为半个正弦波方式分布。
9.根据一个优选的实施方式，施工模块构件缺陷的最大值根据该构件所采用的截面类别取值，a、b、c、d类分别取为其构件长度l的1/400、1/350、1/300、1/250。
10.根据一个优选的实施方式，施工模块的整体缺陷为当前施工模块缺陷分布或整体结构缺陷分布。
11.根据一个优选的实施方式，当施工模块的整体缺陷为当前施工模块缺陷分布时，则令施工模块的拼接点为铰接，且施工模块处于第一阶整体屈曲模态。
12.根据一个优选的实施方式，当施工模块的整体缺陷为整体结构缺陷分布时，施工模块的模态处于整体结构第一阶整体屈曲模态。
13.根据一个优选的实施方式，施工模块整体缺陷的最大值
∆0为该施工模块跨度l的1/300或该施工模块高度h的1/250。
14.前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。
15.本发明的有益效果：本发明首次提出了一种钢结构施工过程非线性分析方法，明确了考虑缺陷分布及变形累积的钢结构施工过程非线性分析方法的流程，使得钢结构施工过程分析方法更加完善，分析结果更加准确，是对现有技术的补充和完善。明确了施工模块构件初始缺陷的分布模式及取值大小。明确了施工模块整体初始缺陷的分布模式及取值大小。
16.其本发明钢结构施工过程非线性分析方法，逻辑清晰、技术可行，相较于传统的施工过程分析方法，能够有效反映实际建造过程中结构的响应，大幅提高复杂钢结构施工过程分析结果的准确性，为复杂钢结构精准施工控制提供依据。本发明具有实质性特点和进步，拥有十分广泛的市场应用前景，非常适合推广应用。
附图说明
17.图1是本发明钢结构施工过程非线性分析方法的流程图；图2是本发明方法中施工模块构件初始缺陷分布示意图；图3是本发明方法中施工模块整体初始缺陷分布示意图；图4是本发明方法中控制点位移示意图。
18.图5是本发明实施例的拟建钢结构整体模型图。
19.图6是本发明实施例的拟建钢结构第1施工阶段。
20.图7是本发明实施例的拟建钢结构第2施工阶段。
21.图8是本发明实施例的拟建钢结构第3施工阶段。
22.图9是本发明实施例的拟建钢结构第4施工阶段。
23.图10是本发明实施例的拟建钢结构整体缺陷分布。
24.图11是本发明实施例的拟建钢结构悬臂端节点的位移数据。
具体实施方式
25.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
26.另外，本发明要指出的是，本发明中，如未特别写出具体涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等，则本发明涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等均为本领域技术人员在现有技术的基础上，可以不经过创造性劳动可以得知的。
27.实施例本实施例拟针对某大悬挑钢结构进行考虑缺陷分布及变形累积的钢结构施工过程非线性分析，根据图1至图4所示设计流程，进一步说明本发明所述一种钢结构施工过程非线性分析方法的具体步骤：步骤一：建立结构计算模型。
28.本实施例中，采用nida程序建立该钢结构的整体计算模型，定义材料参数、截面尺寸和边界条件，如图5所示。
29.步骤二：划分施工模块。
30.根据施工方案，将拟建钢结构的整体计算模型划分为多个施工模块，各施工阶段拟建钢结构如图6-9所示。
31.步骤三：依次激活施工模块。根据施工方案，依次激活所划分的施工模块。
32.步骤四：施加构件初始缺陷。
33.针对当前施工模块中的构件施加初始缺陷，构件x位置处缺陷分布δ0采用带缺陷的高阶单元按半个正弦波方式考虑，根据《钢结构设计标准》（gb50017）中的截面类别，构件缺陷的最大值e0针对a、b、c、d类分别取为其构件长度l的1/400、1/350、1/300、1/250。
34.步骤五：施加模块整体初始缺陷。
35.针对当前施工模块施加整体初始缺陷，按整体结构第一阶整体屈曲模态下施工模块的模态特征施加整体缺陷，如图10所示，整体缺陷的最大值按悬臂长度l的1/300考虑，取值为175mm。
36.步骤六：施加荷载。施加当前施工模块的自重、风荷载等。
37.步骤七：进行非线性计算。对当前结构模型进行非线性计算分析。
38.步骤八：判断安装完所有施工模块。根据施工方案，判断所有施工模块均已激活完成。
39.步骤九：进行卸载分析。根据施工方案，移除临时支撑，进行非线性卸载分析。
40.步骤十：输出施工全过程的分析结果。
41.提取关键控制点的位移数据，关键构件的内力响应等，评估结构的安全性，并为施工控制提供参考。如图11所示，为拟建钢结构悬臂端节点的位移随施工过程的变化曲线。
42.本发明首次提出了一种钢结构施工过程非线性分析方法，明确了考虑缺陷分布及变形累积的钢结构施工过程非线性分析方法的流程，使得钢结构施工过程分析方法更加完善，分析结果更加准确，是对现有技术的补充和完善。明确了施工模块构件初始缺陷的分布模式及取值大小。明确了施工模块整体初始缺陷的分布模式及取值大小。
43.其本发明钢结构施工过程非线性分析方法，逻辑清晰、技术可行，相较于传统的施工过程分析方法，能够有效反映实际建造过程中结构的响应，大幅提高复杂钢结构施工过程分析结果的准确性，为复杂钢结构精准施工控制提供依据。本发明具有实质性特点和进步，拥有十分广泛的市场应用前景，非常适合推广应用。
44.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。