[發明專利]一種輸電塔組裝過程模擬方法

無效

• 申請號: 201210067819.0
• 申請日: 2012-03-15
• 公開（公告）號: CN102542125A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 劉學武
• 申請（專利權）人: 中國電力科學研究院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京中建聯合知識產權代理事務所 11004
• 代理人: 朱麗巖;田世瑢

技術領域

本發明屬于電力工程領域，涉及一種應用于模擬輸電塔組裝過程的模擬方法。

背景技術

輸電塔組裝過程模擬的難點在于結構時變、材料時變和邊界時變的模擬。目前結構施工過程力學分析應用的方法主要為單元生死技術，但是該技術對構件安裝時的位置往往不能控制。也就是說，采用單元生死技術時新裝構件的初始位置與實際構件的安裝位置往往會存在較大偏差而導致仿真模擬失效，特別是對于結構復雜的在空間聯體結構，而貓頭塔和酒杯塔等形式的輸電塔的塔頭就是一個先分叉再閉合的閉環結構。并且當采用單元生死技術對這種高空閉環的輸電塔的組裝過程進行分析時，往往由于死單元的漂移過大而使死單元發生畸變，導致求解失敗，然而對高空閉環結構的對接進行預先的仿真分析，對實際工程的建設具有重要的指導意義。此外，單元生死技術不能考慮構件安裝偏差對結構受力狀態的影響，也不能用來直接確定輸電塔安裝過程中的預變形值。為準確、方便地模擬輸電塔在組裝過程中結構的幾何、內力和變形的變化和發展歷程，為實際工程的建設提供技術支撐。針對輸電塔特殊的結構形式和受力條件，有必要發明新的輸電塔組裝過程的模擬方法。

發明內容

為了克服現有方法的缺陷，本發明的目的在于提供一種新的輸電塔組裝過程模擬方法，能夠精確模擬輸電塔組裝全過程的幾何、內力和變形的發展、變化和演變歷程，解決了構件安裝定位、構件安裝偏差考慮和構件安裝預變形值確定中的技術問題。本發明所提出的輸電塔組裝過程模擬的新方法，其主要創新點在于發明了構件安裝定位、構件安裝偏差考慮和構件安裝預變形值確定的三種新技術，能夠更加精確地模擬輸電塔的組裝過程。

所述輸電塔組裝過程模擬方法，步驟如下：

步驟一：建立輸電塔的幾何模型。

步驟二：建立輸電塔結構整體的有限元模型。

步驟三：根據輸電塔安裝方案，把輸電塔的組裝過程離散為時間序列????????????????????????????????????????????????，劃分為N步系列的組裝階段，時刻代表結構的初始“零”狀態，時刻代表第k步組裝完成時結構的狀態，時刻代表輸電塔的竣工狀態。

步驟四：把輸電塔結構所有構件的剛度矩陣乘以一個小數，以模擬組裝起始的“零”狀態。

步驟五：激活本組裝階段新裝構件的單元剛度矩陣，并根據新裝構件的實際安裝長度、節點的安裝坐標、構件安裝偏差的大小以及安裝預變形值修正對新裝構件的單元剛度矩陣加以修正，形成新安裝構件的單元剛度矩陣^aK_e。?

步驟六：形成本組裝階段完成時輸電塔結構的剛度矩陣K^k，施加本階段的荷載和邊界條件ΔF^k-1，形成控制方程K^kΔu^k-1=ΔF^k-1。

步驟七：求得位移增量Δu^k-1、應變增量Δε^k-1、應力增量Δσ^k-1、位移^ku、應變^kε和應力σ^k。

步驟八：當K≤N時，重復上述步驟五至步驟七的過程，根據擬定的組裝序列依次安裝各組裝階段的構件，施加相應的荷載，形成并求解相應的控制方程，直到K＞N，即可跟蹤輸電塔組裝全過程的幾何、內力和變形的數值。

所述構件安裝精確定位技術為：構件的安裝通過修改單元及結構的剛度矩陣來實現。即首先根據設計參數建立新裝構件的單元剛度矩陣，然后根據即時的安裝狀態進一步修正其單元剛度矩陣，修正的參數主要是構件的長度和新加節點的坐標，即構件的長度根據實際的制作長度確定，新加節點的位置同樣根據實際的安裝節點確定。

所述構件安裝偏差考慮的技術為：在組裝輸電塔的過程中，受操作誤差等的影響往往會產生一定的偏差，偏差主要包括構件長度的加工誤差、構件的初始彎曲、構件螺栓孔尺寸的誤差以及由于螺栓孔隙所引起的偏差等。為考慮這些誤差的影響，在新裝構件的加工長度和安裝節點確定時，通過給新加節點的坐標施加一組修正值加以考慮，其中該組修正值通過工程經驗和調查統計分析所獲得。

所述構件安裝預變形值確定技術為：對于組裝過程中設置變形預調值的輸電塔，各構件的安裝位形需根據預調后特定的位形進行定位，才可保證竣工時結構變形后落到目標位形上。結構預變形值的求解方法為：在組裝全過程分析的基礎上，把結構的變形反向施加在原結構上通過反復迭代的方法，獲得滿足要求的各構件的安裝位形，進而得到安裝預變形值。