基于全结构施工过程的索结构整体自平衡预应力找力分析方法.pdf

《基于全结构施工过程的索结构整体自平衡预应力找力分析方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于全结构施工过程的索结构整体自平衡预应力找力分析方法.pdf（9页完成版）》请在专利查询网上搜索。

1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010032397.8 (22)申请日 2020.01.13 (71)申请人 东南大学 地址 210096 江苏省南京市玄武区四牌楼2 号 (72)发明人 罗斌刘海霞张旻权 (74)专利代理机构 南京众联专利代理有限公司 32206 代理人 杜静静 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 30/13(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于全结构施工过程的索结构整体自 平衡预应力找力分析方法 (。

2、57)摘要 本发明公开了一种基于全结构施工过程的 整体自平衡预应力找力分析方法,根据整体预应 力自平衡条件， 合理区分预拉构件、 预压构件和 普通构件； 按照目标位形建立包含施工临时构件 的全结构分析模型， 采用迭代分析， 在一次迭代 过程中依次连续非线性分析零状态工况和施工 过程工况， 然后更新预应力， 迭代直至成型态满 足收敛条件。 其中零状态结构应静定或尽量接近 静定， 使其中预应力能尽量自由释放； 预应力构 件的预应力更新为成型态的轴应力。 该方法一体 化整合成型态找力、 零状态找形和全结构施工过 程分析， 同时得到了零状态位形、 结构预应力和 施工过程状态； 预应力构件包括预拉构件和。

3、预压 构件， 预应力流途径为闭环， 实现整体预应力自 平衡； 迭代过程中无需更新分析模型位形； 基于 正算法进行施工过程分析， 与施工步骤顺序一 致。 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 CN 111062148 A 2020.04.24 CN 111062148 A 1.一种基于全结构施工过程的索结构整体自平衡预应力找力分析方法， 其特征在于， 所述方法包括以下步骤： 步骤一： 分析准备： (11)确定索结构成型态目标位形及其对应的外载； (12)根据整体预应力自平衡条件， 合理选择预拉构件和预压构件， 其他为普通构件； (13)确定用于施工过程分析的关键施工步骤； (14)根据施工步骤，。

4、 合理选择零状态找形构件， 形成零状态结构； 步骤二： 建立结构分析模型： (21)按照成型态目标位形建立全结构分析模型， 其中包含施工所需的临时构件； (22)施加边界约束条件； 步骤三： 预应力迭代初值： 对预应力构件赋预应力迭代初值， 其中预拉构件赋预拉应力， 预压构件赋预压应力； 步骤四： 连续工况非线性分析： (41)零状态找形分析； 激活零状态找形构件， 杀死其他构件， 得到零状态结构， 在无外载条件下， 求解零状态 结构， 其中预应力释放产生结构位移， 得到零状态位形； (42)施工过程分析； 基于第1步工况的基础上， 根据施工步骤， 采用生死单元技术逐步激活或杀死结构构件 或临。

5、时构件， 施加相应的重力荷载和其它外载， 直至成型态； 步骤五： 迭代收敛判断； 若成型态满足收敛条件， 则达到目标状态； 否则， 更新预应力构件中的预应力值； 步骤六： 预应力更新； 将成型态下预应力构件的轴应力作为新的预应力施加在预应力构件上； 迭代重复连续 工况非线性分析和预应力更新， 直至成型态满足收敛条件。 2.根据权利要求1所述的基于全结构施工过程的索结构整体自平衡预应力找力分析方 法， 其特征在于， 步骤一中： 根据是否主动施加预应力， 将结构构件分为预应力构件和非预 应力构件， 其中预应力构件再分为预拉构件和预压构件； 预拉构件和预压构件构成的预应 力流途径应是闭环。 3.根据。

6、权利要求2所述的基于全结构施工过程的索结构整体自平衡预应力找力分析方 法， 其特征在于， 步骤四中的零状态找形分析和施工过程分析为连续工况非线性分析。 4.根据权利要求2或3所述的基于全结构施工过程的索结构整体自平衡预应力找力分 析方法， 其特征在于， 步骤一和步骤四中的零状态结构应静定或尽量接近静定， 使其中预应 力能尽量自由释放。 5.根据权利要求2或3所述的基于全结构施工过程的索结构整体自平衡预应力找力分 析方法， 其特征在于， 步骤四中的零状态找形分析无外载， 仅有预应力作用； 变形后的结构 应力应为零或足够小至可忽略不计； 否则， 应重新选择零状态找形构件。 6.根据权利要求2或3所。

7、述的基于全结构施工过程的索结构整体自平衡预应力找力分 析方法， 其特征在于， 步骤四中的施工过程分析基于正算法， 与施工步骤顺序一致。 7.根据权利要求2或3所述的基于全结构施工过程的索结构整体自平衡预应力找力分 权利要求书 1/2 页 2 CN 111062148 A 2 析方法， 其特征在于， 所述步骤四中， 激活构件的处理措施为： 当激活非预应力的普通构件 时， 直接激活； 当激活预应力构件时， 应再分为两个过程子步： 先将预应力构件的外联节点 强制约束至初始坐标， 然后激活预应力构件并删除强制约束。 8.根据权利要求2或3所述的基于全结构施工过程的索结构整体自平衡预应力找力分 析方法，。

8、 其特征在于， 步骤五中收敛条件可设为满足以下一条或者同时满足： 预应力构件的 预应力和成型态下轴应力的偏差值或偏差比例足够小； 成型态的结构位移足够小。 9.根据权利要求2或3所述的基于全结构施工过程的索结构整体自平衡预应力找力分 析方法， 其特征在于， 所述步骤六中预应力更新方法为： 将成型态下预应力构件的轴应力作 为新的预应力施加在预应力构件上。 权利要求书 2/2 页 3 CN 111062148 A 3 一种基于全结构施工过程的索结构整体自平衡预应力找力分 析方法 技术领域 0001 本发明涉及一种分析方法， 具体涉及一种基于全结构施工过程的索结构整体自平 衡预应力找力分析方法， 属。

9、于索结构数值模拟分析技术领域。 背景技术 0002 在大跨空间索结构中， 采用高强拉索材料和预应力技术， 优化结构性能， 减轻结构 自重， 实现轻盈跨越大空间， 如索穹顶结构、 索承网格结构、 索桁架结构、 索网结构、 张弦结 构、 斜拉结构、 悬索结构等， 在大型体育场馆、 会展中心、 交通枢纽等得到了广泛的应用。 0003 大跨空间结构施工存在起点和终点两个状态， 即零应力状态和受荷成型态。 零应 力状态(简称零状态)下构件应力为零或者接近零， 如在支撑胎架上拼装的钢构件， 因此零 状态主要用于构件加工制作尺寸和现场拼装位形。 在拼装合拢、 支座就位、 支架卸载、 屋面 安装后结构变形达到。

10、成型态， 因此结构成型态是结构施工完成时的位形和内力状态。 0004 刚性大跨空间结构的变形符合小变形理论， 零状态和成型态的结构位形差异较 小， 其设计分析时， 设计图纸和分析模型中的结构位形都处于零状态； 施工时， 基于零状态 位形进行构件加工制作和安装， 在重力荷载作用下变形达到成型态。 半刚性和柔性大跨空 间索结构的变形符合大变形理论， 零状态和成型态下结构位形差异较大甚至很大， 为严格 控制位形要求设计图纸的结构位形为成型态； 施工时， 需通过零状态找形分析确定零状态 位形， 施工完成时结构位形与设计图纸一致。 0005 索结构不仅包含主结构必要的拉索和钢构件， 还包含周边支承结构。。

11、 随拉索张拉， 主结构和周边支承结构都在发生变形。 影响索结构施工成型态的主要因素包括： 零状态位 形、 施工过程及预应力。 在目标成型位形和施工过程已知的情况下， 确定预应力和零状态是 索结构施工过程和使用阶段分析的基础。 索结构施工时， 先按照零状态进行构件加工制作 和拼装， 通过张拉拉索使结构在重力荷载和预应力共同作用下达到成型态。 0006 找力分析是在既定的位形和外载条件下寻求满足平衡条件的结构预应力。 现索结 构分析时一般仅对拉索主动施加预应力， 而其他构件则被动产生预应力。 找力分析一般采 用非线性分析， 按照一定的迭代策略调整拉索预应力， 使成型态索力满足收敛标准。 0007 。

12、零状态找形一般有正算法和反算法。 分析过程与施工过程一致的为正算法， 相反 的为反算法。 正算法的基本分析流程是： 初设已知的目标成型态位形为结构零状态， 建立分 析模型进行施工过程力学分析得到成型态位形， 与目标成型态比较， 若偏差满足迭代收敛 要求则分析结束； 若不满足， 则将位形偏差反向叠加到分析模型中， 迭代分析直至收敛， 则 最终分析模型的位形为零状态。 该方法不足之处在于： 拉索原长随结构分析模型位形的改 变而变化， 成型态索力也随之改变， 而索结构目标成型态包含了力和形两部分内容， 上述零 状态找形分析过程仅解决了成型态位形达到目标值， 高精度分析时后续需要通过找力分析 使成型态。

13、索力达到目标值。 反算法根据目标成型态， 通过与施工过程相反的逆施工过程分 析得到零状态。 该方法每一步所拆除的构件必须处于无应力状态， 否则会出现理论性错误， 说明书 1/5 页 4 CN 111062148 A 4 得不到结构真实的零状态。 在保守过程中， 正算法和反算法均能得到零状态； 而在非保守过 程中， 正算法可以得到零状态而反算法则不能。 0008 目前， 索结构的成型态找力分析、 零状态找形分析、 施工过程分析是分别独立进行 的， 前两者均与施工过程密切相关， 为使结构成型态(内力和位形等)高精度达到目标状态， 需综合三者进行分析。 发明内容 0009 本发明正是针对现有技术中存。

14、在的问题， 提供一种基于全结构施工过程的索结构 整体自平衡预应力找力分析方法， 该技术方案提供一种基于全结构施工过程的整体自平衡 预应力找力分析方法， 该方法一体化整合成型态找力分析、 零状态找形分析和全结构施工 过程分析， 合理选择预拉构件和预压构件， 形成预应力流闭环， 实现整体预应力的自平衡， 迭代过程中无需更新分析模型的位形， 并基于正算法进行施工过程分析， 使结构成型态高 精度达到目标。 0010 为了实现上述目的， 本发明的技术方案如下， 一种基于全结构施工过程的索结构 整体自平衡预应力找力分析方法， 所述方法包括以下步骤： 0011 步骤一： 分析准备， 0012 (11)确定索。

15、结构成型态目标位形及其对应的外载； 0013 (12)根据整体预应力自平衡条件， 合理选择预应力构件， 包括预拉构件和预压构 件， 形成预应力流闭环， 其他为普通构件； 0014 (13)确定用于施工过程分析的关键施工步骤； 0015 (14)根据施工步骤， 合理选择零状态找形构件， 形成零状态结构。 为使其中的预应 力得到自由释放， 零状态结构应静定或尽量接近静定； 0016 步骤二： 建立结构分析模型， 0017 (21)按照成型态目标位形建立全结构分析模型， 其中包含施工所需的临时构件； 0018 (22)施加边界约束条件； 0019 步骤三： 预应力迭代初值， 0020 对预应力构件赋。

16、预应力迭代初值， 其中预拉构件赋预拉应力， 预压构件赋预压应 力； 0021 步骤四： 连续工况非线性分析： 0022 (41)零状态找形分析； 0023 激活零状态找形构件， 杀死其他构件， 得到零状态结构， 在无外载条件下， 求解零 状态结构， 其中预应力释放产生结构位移， 得到零状态位形； 0024 须注意的是： 变形后的结构应力应为零或足够小至可忽略不计； 否则， 应重新选择 零状态找形构件， 确保零状态结构为静定结构或尽量接近静定结构 0025 (42)施工过程分析； 0026 根据施工步骤， 采用生死单元技术逐步激活或杀死结构构件或临时构件， 施加相 应的重力荷载和其它外载， 直至。

17、成型态。 激活构件的处理措施为： 当激活非预应力的普通构 件时， 直接激活； 当激活预应力构件时， 应再分为两个过程子步： 先将预应力构件的外联节 点强制约束至初始坐标， 然后激活预应力构件并删除强制约束； 说明书 2/5 页 5 CN 111062148 A 5 0027 步骤五： 迭代收敛判断； 0028 若成型态满足收敛条件， 则达到目标状态； 否则， 更新预应力构件中的预应力值； 0029 步骤六： 预应力更新； 0030 将成型态下预应力构件的轴应力作为新的预应力施加在预应力构件上； 迭代重复 连续工况非线性分析和预应力更新， 直至成型态满足收敛条件。 0031 作为本发明的一种改进。

18、， 根据是否主动施加预应力， 将结构构件分为预应力构件 和非预应力构件， 其中预应力构件再分为预拉构件和预压构件； 预拉构件和预压构件构成 的预应力流途径应是闭环。 0032 作为本发明的一种改进， 步骤四中的零状态找形分析和施工过程分析为连续工况 非线性分析。 0033 作为本发明的一种改进， 步骤一和步骤四中的零状态结构应静定或尽量接近静 定， 使其中预应力能尽量自由释放。 0034 作为本发明的一种改进， 步骤四中的零状态找形分析无外载， 仅有预应力作用； 变 形后的结构应力应为零或足够小至可忽略不计； 否则， 应重新选择零状态找形构件。 0035 作为本发明的一种改进， 所述中的施工过。

19、程分析基于正算法， 与施工步骤顺序一 致。 0036 作为本发明的一种改进， 所述步骤四中收敛条件可设为满足以下一条或者同时满 足： 预应力构件的预应力和成型态下轴应力的偏差值或偏差比例足够小； 成型态的结构位 移足够小。 0037 作为本发明的一种改进， 所述步骤四中预应力更新方法为： 将成型态下预应力构 件的轴应力作为新的预应力施加在预应力构件上。 0038 相对于现有技术， 本发明具有如下优点， 1)该技术方案采用一体化整合成型态找 力分析、 零状态找形分析和全结构施工过程分析， 同时得到了零状态位形、 结构预应力和施 工过程状态， 为构件加工制作、 现场拼装和张拉施工提供相关参数； 2。

20、)该技术方案预应力构 件不限于拉索， 包括预拉构件和预压构件， 两者构成的预应力流途径形成闭环， 实现整体预 应力自平衡； 3)该技术方案迭代过程中无需更新分析模型的位形； 4)该方案基于正算法进 行施工过程分析， 与施工步骤顺序一致。 附图说明 0039 图1为基于全结构施工过程的整体自平衡预应力找力分析方法的流程图。 具体实施方式： 0040 为了加深对本发明的理解， 下面结合附图对本实施例做详细的说明。 0041 实施例1： 参见图1， 一种基于全结构施工过程的索结构整体自平衡预应力找力分 析方法， 所述方法包括以下步骤： 0042 步骤一： 分析准备： 0043 (11)确定索结构成型。

21、态目标位形及其对应的外载； 0044 (12)根据整体预应力自平衡条件， 合理选择预应力构件， 包括预拉构件和预压构 件， 形成预应力流闭环， 其他为普通构件； 说明书 3/5 页 6 CN 111062148 A 6 0045 (13)确定用于施工过程分析的关键施工步骤； 0046 (14)根据施工步骤， 合理选择零状态找形构件， 形成零状态结构， 为使其中的预应 力得到自由释放， 零状态结构应静定或尽量接近静定； 0047 步骤二： 建立结构分析模型； 0048 (21)按照成型态目标位形建立全结构分析模型， 其中包含施工所需的临时构件； 0049 (22)施加边界约束条件； 0050 步。

22、骤三： 预应力迭代初值： 0051 对预应力构件赋预应力迭代初值， 其中预拉构件赋预拉应力， 预压构件赋预压应 力； 0052 步骤四： 连续工况非线性分析； 0053 (41)零状态找形分析； 0054 激活零状态找形构件， 杀死其他构件， 得到零状态结构， 在无外载条件下， 求解零 状态结构， 其中预应力释放产生结构位移， 得到零状态位形； 0055 须注意的是： 变形后的结构应力应为零或足够小至可忽略不计； 否则， 应重新选择 零状态找形构件， 确保零状态结构为静定结构或尽量接近静定结构 0056 (42)施工过程分析； 0057 根据施工步骤， 采用生死单元技术逐步激活或杀死结构构件或。

23、临时构件， 施加相 应的重力荷载和其它外载， 直至成型态。 激活构件的处理措施为： 当激活非预应力的普通构 件时， 直接激活； 当激活预应力构件时， 应再分为两个过程子步： 先将预应力构件的外联节 点强制约束至初始坐标， 然后激活预应力构件并删除强制约束； 0058 步骤五： 迭代收敛判断； 0059 若成型态满足收敛条件， 则达到目标状态； 否则， 更新预应力构件中的预应力值； 0060 步骤六： 预应力更新： 0061 将成型态下预应力构件的轴应力作为新的预应力施加在预应力构件上； 迭代重复 连续工况非线性分析和预应力更新， 直至成型态满足收敛条件。 0062 该方案中根据是否主动施加预应。

24、力， 将结构构件分为预应力构件和非预应力构 件， 其中预应力构件再分为预拉构件和预压构件； 预拉构件和预压构件构成的预应力流途 径应是闭环。 0063 步骤四中的零状态找形分析和施工过程分析为连续工况非线性分析。 0064 步骤一和步骤四中的零状态结构应静定或尽量接近静定， 使其中预应力能尽量自 由释放。 0065 步骤四中的零状态找形分析无外载， 仅有预应力作用； 变形后的结构应力应为零 或足够小至可忽略不计； 否则， 应重新选择零状态找形构件。 0066 所述中的施工过程分析基于正算法， 与施工步骤顺序一致。 0067 所述步骤五中收敛条件可设为满足以下一条或者同时满足： 预应力构件的预应力 和成型态下轴应力的偏差值或偏差比例足够小； 成型态的结构位移足够小。 0068 所述步骤六中预应力更新方法为： 将成型态下预应力构件的轴应力作为新的预应 力施加在预应力构件上。 0069 需要说明的是上述实施例， 并非用来限定本发明的保护范围， 在上述技术方案的 说明书 4/5 页 7 CN 111062148 A 7 基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。 说明书 5/5 页 8 CN 111062148 A 8 图1 说明书附图 1/1 页 9 CN 111062148 A 9 。