[發(fā)明專利]基于虛擬荷載的施工過程結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310483081.0
• 申請日: 2013-10-15
• 公開（公告）號: CN103488909A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙昕;董佩偉;郁冰泉;周瑛;施賽金
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計研究院（集團(tuán)）有限公司
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 上?？剖⒅R產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 趙繼明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于虛擬荷載的施工過程結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算方法，可應(yīng)用于考慮施工過程結(jié)構(gòu)內(nèi)力的建筑結(jié)構(gòu)抗震性能預(yù)測方法。

背景技術(shù)

目前建筑結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計都是按照施工完成后的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行的。但實(shí)際結(jié)構(gòu)是逐層建造而成，荷載也逐層加載到逐層形成的結(jié)構(gòu)上，這是結(jié)構(gòu)時變性的主要體現(xiàn)。結(jié)構(gòu)時變性對內(nèi)力影響不可忽略，若只是按照一次加載的方法來考慮結(jié)構(gòu)的特性是不準(zhǔn)確的，甚至是偏于不安全的。為使結(jié)構(gòu)分析過程更加真實(shí)地反映結(jié)構(gòu)施工過程的力學(xué)狀態(tài)，保證結(jié)構(gòu)的安全性，建筑結(jié)構(gòu)時變分析方法應(yīng)運(yùn)而生。

傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)時變分析方法包括彈性時變分析與非彈性時變分析。同濟(jì)大學(xué)曹志遠(yuǎn)教授在施工過程時變分析領(lǐng)域研究較早，他在《施工力學(xué)分析的時變力學(xué)基礎(chǔ)》中對施工力學(xué)時變分析進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，他闡述了施工過程中的力學(xué)特點(diǎn)，提出了土木工程施工力學(xué)分析及其時變力學(xué)基礎(chǔ)的研究方向。其中彈性時變分析方法是結(jié)構(gòu)在不考慮非彈性變形(收縮、徐變、溫度和沉降等非荷載效應(yīng)引起的變形)影響的情況下，通過對施工過程的模擬進(jìn)行時變分析，進(jìn)而得到結(jié)構(gòu)的內(nèi)力時程。傅學(xué)怡等學(xué)者將施工力學(xué)時變分析應(yīng)用于實(shí)際工程中，他在《高層建筑結(jié)構(gòu)垂直荷載下的施工模擬計算》一文中采用了精確施工模擬計算方法，來反映實(shí)際主體結(jié)構(gòu)逐層形成、大部分荷載相應(yīng)隨之逐層施加的實(shí)際工作狀態(tài)，進(jìn)而得出結(jié)構(gòu)的內(nèi)力時程。該方法思路明確，操作過程簡單，在工程設(shè)計中應(yīng)用廣泛。

實(shí)際上，結(jié)構(gòu)在施工過程中的時變性不僅影響結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下的內(nèi)力和變形，對結(jié)構(gòu)的抗震性能也會有影響。用于結(jié)構(gòu)抗震分析的初始狀態(tài)通常是豎向荷載一次性施加到整體結(jié)構(gòu)模型上的結(jié)果，而不是考慮施工過程的實(shí)際內(nèi)力狀態(tài)。同時，結(jié)構(gòu)的彈塑性表現(xiàn)與結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的加載歷史有關(guān)(陳惠發(fā)A.F.薩里普.彈性與塑性力學(xué)[M]，北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004)。由于施工過程引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)力與整體模型不一致，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)實(shí)際抗震性能與預(yù)期不一致。因此，考慮施工模擬對結(jié)構(gòu)彈塑性性能的影響也是必要的。

上述的施工模擬分析方法一般需要對施工過程中多個結(jié)構(gòu)體系狀態(tài)進(jìn)行分析計算，過程較復(fù)雜，計算量較大。當(dāng)需要考慮施工過程對結(jié)構(gòu)抗震性能影響時，現(xiàn)有的分析方法很難將施工過程模擬與抗震分析結(jié)合起來，尤其是大震下的彈塑性分析。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于虛擬荷載的施工過程結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算方法，采用虛擬荷載與自身荷載一次加載到結(jié)構(gòu)上的方式即可得到考慮施工過程的結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀態(tài)，進(jìn)而根據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力預(yù)測建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，而不需采用多步驟的時變結(jié)構(gòu)狀態(tài)方法，計算過程簡明，結(jié)果準(zhǔn)確。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

基于虛擬荷載的施工過程結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算方法，該方法包括以下步驟：

(1)根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)選擇關(guān)鍵構(gòu)件及其關(guān)鍵內(nèi)力的種類；

(2)分別計算建筑結(jié)構(gòu)在一次加載和施工模擬下關(guān)鍵內(nèi)力f₀和f₁，并計算兩者的差值內(nèi)力Δf=f₁-f₀；

(3)根據(jù)需要選取多個虛擬基荷載，計算建筑結(jié)構(gòu)在各虛擬基荷載下關(guān)鍵內(nèi)力，形成虛擬基荷載內(nèi)力矩陣S；

(4)通過求解方程組S×c=Δf計算虛擬基荷載的組合系數(shù)c，使得虛擬荷載下的結(jié)構(gòu)關(guān)鍵內(nèi)力與差值內(nèi)力Δf相同或相近；

(5)最后將虛擬荷載與結(jié)構(gòu)自身荷載一次加載到結(jié)構(gòu)上，得到考慮施工過程的結(jié)構(gòu)內(nèi)力。

所述的關(guān)鍵構(gòu)件包括框架梁、框架柱和剪力墻；

所述的關(guān)鍵內(nèi)力包括梁端彎矩、墻和柱端彎矩軸力。

所述的計算建筑結(jié)構(gòu)關(guān)鍵內(nèi)力f₀和f₁采用的方法分別為彈性分析方法和彈性時變分析方法。

所述的步驟(3)中，虛擬基荷載主要為節(jié)點(diǎn)集中力對。

所述的步驟(3)中，相近是指結(jié)構(gòu)關(guān)鍵內(nèi)力與差值內(nèi)力Δ_f間誤差小于設(shè)定值。

所述的設(shè)定值為結(jié)構(gòu)關(guān)鍵內(nèi)力的5％～10％。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明針對目前無法考慮施工過程對結(jié)構(gòu)抗震性能影響的現(xiàn)狀，提供一種可以通過一次加載來模擬考慮施工過程的結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算方法，采用虛擬荷載與自身荷載一次加載到結(jié)構(gòu)上的方式即可得到考慮施工過程的結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀態(tài)，而不需采用多步驟的時變結(jié)構(gòu)狀態(tài)方法，該方法計算過程簡明，結(jié)果準(zhǔn)確，并基于這種結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算方法，建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能分析預(yù)測便可以在考慮施工過程模擬的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行。

附圖說明