一种适用于显式求解器的施工模拟分析方法
【专利摘要】本发明是一种适用于显式求解器的施工模拟分析方法。包括如下步骤：1）激活第1层结构，施加相应荷载，并约束将未施工结构的所有节点，修正未激活结构中竖向构件的弹性模量；2）激活第2层结构，释放第2层节点的约束；3）激活第3层结构，释放第3层节点的约束；4）激活第4层结构，释放第4层节点的约束，计算时，保存并输出计算结果。至此，计算得到的结果即为考虑施工模拟方法的结果。上述每步中新激活的竖向构件均按实际弹性模量设置，已有结构的荷载保持不变，施加新增结构荷载，同时，将上一步计算结果作为这一步的受力初始状态，输入到新的模型中。本发明能完成复杂或超高结构的施工模拟，且能实现施工过程的弹塑性分析。
【专利说明】一种适用于显式求解器的施工模拟分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明是一种建筑结构【技术领域】的适用于显式求解器的施工模拟分析方法，特别 涉及需进行施工模拟弹塑性分析的复杂或超高建筑结构的施工模拟分析方法，属于适用于 显式求解器的施工模拟分析方法的创新技术。
【背景技术】
[0002] 《高层建筑混凝土结构技术规程K JB J3-2010 )明确规定复杂高层建筑或超过150m 的其他高层建筑结构应考虑施工模拟的影响。《超限高层建筑工程抗震设防专项审查术要 点》（2010版）中亦提到对特别复杂的结构、高度超过200m的混合结构、大跨空间结构、静 载下构件竖向压缩变形差异较大的结构等，应有重力荷载下的结构施工模拟分析。
[0003] 考虑结构施工模拟分析与一次加载的主要区别在于：1)楼层竖向位移沿结构高度 分布规律不一致，前者最大竖向位移在中间层附件，后者的楼层最大位移位于结构顶层；2) 对于带支撑结构和带伸臂加强层的超高层结构，设置支撑或伸臂本意是用来抵抗水平力作 用，这类只有通过施工模拟才能真实反映其主要受力特点；3)在框架-剪力墙结构或框架 核心筒结构中，前述的两种方法对竖向构件间的内力分配有较明显地影响。基于后者模拟 方法，高层建筑顶部部位一端与柱相连的梁负弯矩会减小或出现变号，而一端与墙体相连 的梁负弯矩偏大，造成截面超筋现象。由此，对复杂或超高层采用施工模拟方法是准确模拟 结构受力的一个前提。
[0004] 对于需要弹塑性分析的复杂或超高建筑结构，则更应该在施工模拟完成的状态下 展开弹塑性分析。大量工程案例已经表明，动力弹塑性分析方法采用显式计算方法，通过控 制合理的稳定计算时间步长，可以得到满足工程精度的合理结果，同时避开求解过程中困 扰工程师们的结果收敛问题，又确保了计算效率。通常，限于理论背景，复杂或超高建筑结 构的施工模拟计算核心多采用隐式计算方法，对于大型多自由度结构，隐式分析的效率相 对较慢，往往存在计算收敛问题。
[0005] 故现阶段复杂结构的弹塑性分析方法多采用隐式完成施工模拟、显式接力完成弹 塑性分析的做法，由于两种计算方法的差异性，结果导入容易出现误差，且不易检查。对于 如何基于显式求解器完成施工模拟分析，诸如此类研宄较少。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种适用于显式求解器的施工模拟分析 方法。本发明能完成复杂或超高结构的施工模拟，且能实现施工过程的弹塑性分析。本发 明不仅很好地避免弹塑性分析过程中的不收敛问题，而且对超大型结构也保证一定的计算 效率。
[0007] 本发明的技术方案是：本发明的适用于显式求解器的施工模拟分析方法，包括有 如下步骤： 第一步：激活第1层结构，并施加相应荷载，将未施工结构的所有节点施加约束，并修 正未激活结构中竖向构件的弹性模量，计算时，保存并输出计算结果Result_A ; 第二步：激活第2层结构，释放第2层结构所有节点的约束，新激活的竖向构件并按实 际弹性模量设置；已有结构的荷载保持不变，施加新增结构荷载，同时，将上一步计算结果 作为这一步的受力初始状态，输入到新的模型中，计算时，保存并输出计算结果Result_B ; 第三步：激活第3层结构，释放第3层结构所有节点的约束，新激活的竖向构件并按实 际弹性模量设置，已有结构的荷载保持不变，施加新增结构荷载，同时，将上一步计算结果 ReSUlt_B作为这一步的受力初始状态，输入到新的模型中，计算时，保存并输出计算结果 Result-C ; 第四步：激活第4层结构，释放第4层结构所有节点的约束，新激活的竖向构件并按实 际弹性模量设置，已有结构的荷载保持不变，施加新增结构荷载，同时，将上一步计算结果 ReSUlt_C作为这一步的受力初始状态，输入到新的模型中，计算时，保存并输出计算结果 Result_D，至此，计算得到的结果Result_D即为考虑施工模拟方法的结果。
[0008] 上述第一步修正未激活结构中竖向构件的弹性模量，修正后的数值为实际弹性模 量的le_6。
[0009] 上述该方法能适用于显式求解器。
[0010] 本发明的有益效果是：利用本发明所述的计算方法后，任何一个实际工程均可以 按照其项目的具体情况，输入计算参数，采用显式求解器完成复杂或超高结构的施工模拟， 且能实现施工过程的弹塑性分析。本发明不仅很好地避免弹塑性分析过程中的不收敛问 题，而且对超大型结构也保证一定的计算效率，弥补目前未采用显式求解器完成施工模拟 分析所存在的问题。本发明是一种设计巧妙，性能优良，方便实用的适用于显式求解器的施 工模拟分析方法。本发明操作简单，方便实用。
【专利附图】
【附图说明】
[0011] 图1是本发明用于描述分析方法的示例图； 图2是本发明施工第1层时示意图； 图3是本发明施工第2层时示意图； 图4是本发明施工第3层时示意图； 图5是本发明施工第4层时示意图； 图6是本发明某两层带支撑-钢框架结构示意图； 图7、图8是本发明实施例中施工步1、2的示意图。
【具体实施方式】
[0012] 实施例： 本发明的结构示意图如图1所示，图1中，第1?4层分别表示各层名称，"0、A?D" 分别为支座及各层构件点标识，例如第3层的竖向构件可表示为BC杆。假定该结构分为四 个施工段，顺序依次为第1层、第2层、第3层与第4层。
[0013] 图2中，1表示为对节点施加约束，2表示作为各个荷载步之间相邻的竖向构件。图 3、图4、图5中，3表示需按实际弹性模量设置的竖向构件，4表示已有结构的荷载，5表示新 增结构的荷载。
[0014] 以图1的4层结构为例，假定该结构四个施工荷载步，分别为第1层、第2层、第3 层和第4层，具体计算过程如下： 第一步：激活第1层结构，并施加相应荷载，将未施工结构的所有节点施加约束(如图2 的对节点施加约束1)，并修正未激活结构中竖向构件的弹性模量，如图2的各个荷载步之 间相邻的竖向构件2,修正后的数值可约为实际弹性模量的le-6。计算时，保存并输出计算 结果 Result_A。
[0015] 第二步：如附图3,激活第2层结构，释放第2层结构所有节点的约束，并将AB构 件(如图3的需按实际弹性模量设置的竖向构件3)按实际弹性模量设置。已有结构的荷载 (如图3的已有结构的荷载4)保持不变，施加新增结构荷载(如图3的新增结构的荷载5)， 如第2层结构荷载。同时，将上一步计算结果Result_A作为这一步的受力初始状态，输入 到新的模型中。计算时，保存并输出计算结果Result_B。
[0016] 第三步：如附图4,激活第3层结构，释放第3层结构所有节点的约束，并将BC构 件(如图4的需按实际弹性模量设置的竖向构件3)按实际弹性模量设置。已有结构的荷载 (如图4的已有结构的荷载4)保持不变，施加新增结构荷载(如图4的新增结构的荷载5)， 如第3层结构荷载。同时，将上一步计算结果Result_B作为这一步的受力初始状态，输入 到新的模型中。计算时，保存并输出计算结果Result_C。
[0017] 第四步：如附图5,激活第4层结构，释放第4层结构所有节点的约束，并将CD构 件(如图5的需按实际弹性模量设置的竖向构件3)按实际弹性模量设置。已有结构的荷载 (如图5的已有结构的荷载4)保持不变，施加新增结构荷载(如图5的新增结构的荷载5)， 如第4层结构荷载。同时，将上一步计算结果Result_C作为这一步的受力初始状态，输入 到新的模型中。计算时，保存并输出计算结果Result_D。
[0018] 至此，计算得到的结果Result_D即为考虑施工模拟方法的结果，且该方法能适用 于显式求解器。
[0019] 本发明通过以下实施例作进一步说明。
[0020] 某两层建筑高度，结构体系为带支撑的钢框架结构，结构计算层有2层，如图6 所示为某两层带支撑-钢框架结构示意图，构件截面均为Η300Χ200χ8Χ12,梁上线荷载为 20kN/m，考察结果考虑三个施工步，如附图7,考察图6中的节点AU Α2、Bl与Β2的竖向位 移及支撑构件的内力。故采用有限元软件进行显式分析，根据本发明完成基于显式求解器 的施工模拟分析方法，计算结果表明，节点位移的显式结果与隐式结果相同（表一），施工 过程结束后的支撑构件内力几乎为0 (表二），可见结果可信，本发明方法可行。
[0021] 图7、图8、图6分别为三个施工步示意图，即分别为施工步1、2、3的示意图。
[0022] 表1各个施工步下节点A1、A2、B1、B2的竖向位移(单位：m)
【权利要求】
1. 一种适用于显式求解器的施工模拟分析方法，其特征在于包括有如下步骤： 第一步；激活第1层结构，并施加相应荷载，将未施工结构的所有节点施加约束，并修 正未激活结构中竖向构件的弹性模量，计算时，保存并输出计算结果Result_A ; 第二步；激活第2层结构，释放第2层结构所有节点的约束，新激活的竖向构件并按实 际弹性模量设置；已有结构的荷载保持不变，施加新增结构荷载，同时，将上一步计算结果 作为该一步的受力初始状态，输入到新的模型中，计算时，保存并输出计算结果Result_B ; 第=步；激活第3层结构，释放第3层结构所有节点的约束，新激活的竖向构件并按实 际弹性模量设置，已有结构的荷载保持不变，施加新增结构荷载，同时，将上一步计算结果 Result_B作为该一步的受力初始状态，输入到新的模型中，计算时，保存并输出计算结果 Result_C ; 第四步；激活第4层结构，释放第4层结构所有节点的约束，新激活的竖向构件并按实 际弹性模量设置，已有结构的荷载保持不变，施加新增结构荷载，同时，将上一步计算结果 Result_C作为该一步的受力初始状态，输入到新的模型中，计算时，保存并输出计算结果 Result_D，至此，计算得到的结果Result_D即为考虑施工模拟方法的结果。
2. 根据权利要求1所述的适用于显式求解器的施工模拟分析方法，其特征在于上述第 一步修正未激活结构中竖向构件的弹性模量，修正后的数值为实际弹性模量的le-6。
3. 根据权利要求1所述的适用于显式求解器的施工模拟分析方法，其特征在于上述该 方法能适用于显式求解器。
【文档编号】G06F17/50GK104462644SQ201410604385
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月3日 优先权日:2014年11月3日
【发明者】林超伟, 王兴法, 李晓伟, 陈龙, 夏熙尧, 其他发明人请求不公开姓名 申请人:香港华艺设计顾问(深圳)有限公司