[發明專利]預應力鋼結構施工過程有限元仿真方法

在審

• 申請號: 202110495591.4
• 申請日: 2021-05-07
• 公開（公告）號: CN113094844A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 黃坤坤;成張佳寧;汪玲;成軍;曾鍇楠
• 申請（專利權）人: 成張佳寧
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;G06F111/04;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 南通市永通專利事務所(普通合伙) 32100
• 代理人: 葛雷

本發明公開了一種預應力鋼結構施工過程有限元仿真方法，采用分析模型處理，梁構件采用梁單元；桁架桿件采用桁架單元；拉索和鋼拉桿采用僅受拉的索單元；同時考慮材料特性、荷載條件、邊界條件、溫度效應等因素。本發明方便、效果好，有效保證施工質量。

技術領域

本發明涉及一種預應力鋼結構施工過程有限元仿真方法。

背景技術

施工仿真計算實際上是預應力鋼結構施工方案中及其重要的工作。因為施工過程會使結構徑歷不同的初始幾何態和預應力態，這樣實際施工過程必須和結構設計初衷吻合，加載方式、加載拉序及加載量級應充分考慮，且在實際施工中嚴格遵守。理論上將概念迥異的兩個階段或兩個狀態分別稱為初始幾何態和預應力態，這兩個狀態的分析理論和方法是不同的。在施工中嚴格地組織施工順序，確定加載、提升方式，準確實施加載量、提升量等是必要的。

現有工程中的施工仿真方法復雜，效果不理想，需要進一步加以改進。

發明內容

本發明的目的在于提供一種方便、效果好，有效保證施工質量的預應力鋼結構施工過程有限元仿真方法。

本發明的技術解決方案是：

一種預應力鋼結構施工過程有限元仿真方法，其特征是：采用分析模型處理：

（1）分析軟件

采用通用有限元設計軟件，施工階段采用非線性累加模型；

（2）單元類型：

梁構件采用梁單元；桁架桿件采用桁架單元；拉索和鋼拉桿采用僅受拉的索單元；

（3）材料特性：

鋼材彈性模量為2.06×10⁵MPa，泊松比為0.3，溫度膨脹系數為1.2×10^-5；拉索彈性模量為1.6×10⁵MPa，泊松比為0.3，溫度膨脹系數為1.2×10^-5；

（4）荷載條件：

根據施工過程考慮結構自重，自重系數取1.2，鋼桁架加工制作及合攏時的溫度效應，拉索的初始張拉力為1200kN；

（5）邊界條件：

支撐胎架采用節點彈性支承，并對照現場實際情況布置支撐位置。支座卸載落架前結構支撐在滑移鋼軌上采用多折線性節點彈性支撐，按照此種設置可以考慮到滑移支座和滑軌之間的20mm的空隙，且通過變換節點坐標系來考慮斜支座的影響；支座卸載落架后焊接球支座后結構采用鉸支座。

有限元仿真時，考慮施工過程中三個階段的溫度效應：

（1）鋼桁架加工制作及合攏時的溫度效應；

（2）滑移前第一次張拉時的溫度效應；

（3）二次力值調整時的溫度效應；

這三個溫度效應的技術處理方法如下：

鋼桁架加工制作及合攏時的溫度效應：

設加工溫度為T1=20℃，在秋冬時節合攏，合攏時的溫度為T2=15℃。這樣加工制作時的溫度為軟件系統默認溫度，合攏時考慮降溫△T1=-5℃；

滑移前第一次張拉是的溫度效應：

設張拉時和合攏時的溫差為-2.5℃，則增加溫差荷載步為△T2=-2.5℃；

二次力值調整時的溫度效應：

根據二次力值調整時實施溫度，考慮溫度荷載步為△T3=-2.5℃。

有限元仿真時，設定支座及約束條件：

支撐架與桁架之間的連接及桁架拼接過程中布置纜風繩確保各向穩定，因此在仿真計算模型中，支撐架與桁架之間采用三自由度約束，其中豎向（Z）為僅受壓約束，水平（X、Y）向為單向鉸約束；

桁架支座的斜向約束，支座偏斜角度15°，滑移之前僅約束單向自由度，且支座與滑軌之間的縫隙沿跨向為±20mm；滑移結束卸載后，在二次力值調整前采用三自由度約束。