[發(fā)明專利]使用機(jī)械運(yùn)動(dòng)模擬模型動(dòng)態(tài)模擬張拉結(jié)構(gòu)施工的方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010120733.0
• 申請(qǐng)日: 2010-03-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101798848A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葉小兵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京紐曼帝萊蒙膜建筑技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): E04B1/35
• 分類號(hào): E04B1/35;E04B1/00;E04B1/34;E04B1/343;E04B7/14
• 代理公司: 北京友聯(lián)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11343
• 代理人: 尚志峰;梁朝玉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種使用機(jī)械運(yùn)動(dòng)模擬模型動(dòng)態(tài)模擬張拉結(jié)構(gòu)的施工過(guò)程的方法。

背景技術(shù)

土木建筑這個(gè)古老的行業(yè)在近代隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展而日新月異，新技術(shù)，新方法，新建筑形式不斷涌現(xiàn)。土建工程建設(shè)一般分為設(shè)計(jì)和施工兩大部分，對(duì)于傳統(tǒng)的土建設(shè)計(jì)，因?yàn)槿藗兎e累的施工經(jīng)驗(yàn)很豐富，不需要計(jì)算機(jī)施工模擬技術(shù)，工程施工也能順利完成。而對(duì)于近30年發(fā)展起來(lái)的很多新型建筑形式，即包括懸索結(jié)構(gòu)，張拉膜結(jié)構(gòu)，可展開(kāi)折疊結(jié)構(gòu)，張拉整體結(jié)構(gòu)，索穹頂結(jié)構(gòu)，張弦結(jié)構(gòu)等的大變形大跨度張拉空間結(jié)構(gòu)，人們的認(rèn)識(shí)還很不完善。

張拉結(jié)構(gòu)的共同特點(diǎn)是：

1)必須考慮結(jié)構(gòu)的形狀隨荷載變化而產(chǎn)生的改變，按變形后的位置來(lái)建立平衡條件，這就屬于固體力學(xué)中的幾何非線性問(wèn)題。

2)結(jié)構(gòu)在沒(méi)有施加預(yù)應(yīng)力以前沒(méi)有剛度，其形狀是不確取定的。必須通過(guò)施加適當(dāng)預(yù)應(yīng)力使結(jié)構(gòu)具有一定的形狀，才能成為承受外荷載的結(jié)構(gòu)。

3)施工的過(guò)程就是施加預(yù)應(yīng)力以形成結(jié)構(gòu)剛度的過(guò)程，是從柔軟的且形狀不定的狀態(tài)轉(zhuǎn)化為牢固穩(wěn)定狀態(tài)的過(guò)程。結(jié)構(gòu)構(gòu)件相互牽扯整體位置改變可達(dá)幾十米，同時(shí)構(gòu)件之間相互位置改變也可達(dá)到十幾米。

4)構(gòu)件之間多為可旋轉(zhuǎn)鉸鏈接，因此施工過(guò)程類似于整個(gè)結(jié)構(gòu)體系從初始位置到設(shè)計(jì)位置的機(jī)械運(yùn)動(dòng)過(guò)程。

傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、磚石結(jié)構(gòu)與張拉結(jié)構(gòu)的區(qū)別：

1)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的形狀隨荷載變化而產(chǎn)生的改變較小，一般可按線性問(wèn)題考慮。

2)結(jié)構(gòu)中一般不加預(yù)應(yīng)力，即便有少量構(gòu)件施加了預(yù)應(yīng)力，對(duì)結(jié)構(gòu)的整體形狀也不會(huì)產(chǎn)生很大影響。

3)結(jié)構(gòu)施工過(guò)程可以看成剛性構(gòu)件不斷累加的過(guò)程，構(gòu)件之間的位置一般是不會(huì)有很大變化。

4)構(gòu)件之間多為不能移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的剛性連接，因此施工過(guò)程類似于一個(gè)搭積木的過(guò)程，不會(huì)存在大量構(gòu)件整體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。

由以上可以認(rèn)識(shí)到，張拉結(jié)構(gòu)往往都是柔性體系-在結(jié)構(gòu)成型之前構(gòu)件體系形態(tài)不固定，而且跨度大，施工步驟復(fù)雜。不夸張地說(shuō)，施工過(guò)程?的計(jì)算分析的工作量甚至超過(guò)設(shè)計(jì)分析的工作量。這就使得施工模擬技術(shù)成為新型建筑形式能否順利實(shí)現(xiàn)的瓶頸技術(shù)。

現(xiàn)有的施工模擬技術(shù)包括傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)施工模擬技術(shù)以及大跨度張拉空間結(jié)構(gòu)施工靜態(tài)模擬技術(shù)。

其中，傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)施工模擬技術(shù)：

基本都是采用有限元靜態(tài)分析中的單元生死技術(shù)來(lái)模擬安裝過(guò)程的。所謂靜態(tài)分析是指結(jié)點(diǎn)上的未知量只有位移，而不會(huì)包括速度和加速度，即不會(huì)考慮時(shí)間因素

單元生死技術(shù)的使用一般按照如下步驟：

1)在前處理器中建模時(shí)，必須一次性將所有單元?jiǎng)?chuàng)建好。

2)一開(kāi)始將所有單元?dú)⑺溃缓蟀凑帐┕ぐ惭b步驟逐步激活安裝構(gòu)件單元，如橋梁施工過(guò)程

3)另一種情況是單元開(kāi)始都處于生的狀態(tài)，而后會(huì)經(jīng)歷部分單元的不斷殺死，同時(shí)也伴隨部分單元被激活。如在土建基坑開(kāi)挖過(guò)程中，土層不但開(kāi)挖，同時(shí)又不斷加固圍襯，防止滑坡。

4)對(duì)于被殺死的單元，處理方法是將單元?jiǎng)偠染仃嚦艘砸粋€(gè)很小的因子，并不是真正將其從模型中刪除。被殺死的單元載荷為零，質(zhì)量、阻尼、比熱、應(yīng)變和其他同類特性均等于零

5)當(dāng)死單元被重新激活時(shí)，其剛度、質(zhì)量、單元荷載等都將恢復(fù)其原始真實(shí)值。再生單元應(yīng)變?yōu)榱悖绻嬖诔鯌?yīng)變，則可以通過(guò)單元實(shí)常數(shù)方式輸入。

6)施工模擬時(shí)需要人為劃分出若干個(gè)階段，在相鄰階段的臨界處殺死或激活某些單元，然后通過(guò)靜力分析得到需要驗(yàn)證的力學(xué)指標(biāo)，檢驗(yàn)其是否滿足施工中的各項(xiàng)要求，如設(shè)備承受能力，位移安全限制等。但在階段內(nèi)部則無(wú)法檢驗(yàn)是否會(huì)有力學(xué)指標(biāo)突變或機(jī)構(gòu)鎖死的現(xiàn)象。

大跨度張拉空間結(jié)構(gòu)施工靜態(tài)模擬技術(shù)：

現(xiàn)在都是使用有限元靜態(tài)分析中的單元?jiǎng)h除技術(shù)。具體方法如下。

1)由于在施工模擬時(shí)劃分的各個(gè)階段，結(jié)構(gòu)整體形狀和構(gòu)件相互位置變化較大，所以不能一次性將所有單元?jiǎng)?chuàng)建好，必須分階段建模。

2)采用逆序拆除法。由于結(jié)構(gòu)的最終形狀和預(yù)應(yīng)力分布情況在施工前已經(jīng)在設(shè)計(jì)階段都確定了，而施工開(kāi)始時(shí)的結(jié)構(gòu)的初始形狀和預(yù)應(yīng)力分布卻是任意的。所以只能從結(jié)構(gòu)的最終形態(tài)開(kāi)始將所有單元?jiǎng)?chuàng)建好并施加預(yù)應(yīng)力到設(shè)計(jì)值，然后分階段將部分單元?jiǎng)h除，此時(shí)剩下的結(jié)構(gòu)處于不平衡狀態(tài)，通過(guò)靜力計(jì)算它會(huì)調(diào)整自己的形狀和預(yù)應(yīng)力的分布達(dá)到一個(gè)新的平衡狀態(tài)。再以這個(gè)新的平衡態(tài)為基礎(chǔ)刪除另一部分單元，在靜力計(jì)算中尋找新的平衡態(tài)。重復(fù)以上過(guò)程直至施工開(kāi)始時(shí)的結(jié)構(gòu)的初始形態(tài)。