专利名称：结构有限元计算中的伴随工程处理方法
技术领域：
本发明涉及的是一种土木建筑工程技术领域的方法，具体是一种结构有限元计算中的伴随工程处理方法，即对在不同荷载作用下结构受力形态不同结构，建立多个伴随计算模型，分别独立计算，最终合并计算结果的处理方法。
背景技术：
土木建筑工程中的结构计算是多工况计算，即在一个结构上作用多种类型的荷载，分别计算在这些荷载作用下的构件工况内力，然后将这些工况内力按出现的概率进行荷载组合得到组合内力，最后根据组合内力验算结构中构件是否满足承载的要求。
但实际工程中存在大量在不同荷载作用下结构受力形态不同的情况。例如半刚性钢框架结构，在重力荷载、风荷载作用下框架节点是完全刚性，而在地震作用下框架节点刚度折减按半刚性计算。再如混凝土板柱结构中，在重力荷载作用下考虑塑性内力重分布和柱端板弯矩调幅需要将柱端板的刚度进行折减，而在风荷载、地震作用下需要按柱端板的完全刚度进行计算。再如高层框-剪结构在重力荷载作用下竖向变形差的问题，一种处理方法是增大柱的轴向刚度，但在风荷载、地震作用下则不能采用增大后的柱刚度，因为会影响结构侧向刚度的计算。
对这种在不同荷载作用下结构形态不同的问题，常用的处理方法是按同一种结构形态计算各种荷载作用下的内力，然后再对其中的一些工况内力进行调整。如半刚性框架结构，先按全刚性框架节点计算，再对地震内力按半刚性节点释放端部内力。这种处理方法是一种近似的方法，人为调整后不能达到内力平衡，与实际情况有差别。更重要的，多数问题不能通过内力调整解决，如上面提到的板柱结构的柱端板弯矩调幅、高层框-剪结构竖向变形差问题，即很难通过内力调整实现。
经对现有技术的文献检索发现，美国目标储油层公司申请的中国专利“有限元模型中的特征建模方法”(申请号CN01802219.7)，公开了一种使用有限元技术仿真物理系统的方法，其特征是对同一系统的不同区域分别建立模型，通过模型的边界点建立各模型之间的关联性。但是该专利技术不是对同一系统(结构)建立多个具有不同属性的模型，并且各模型相互独立，只是对各模型的计算结果进行合并的处理方法，与本发明不同。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种结构有限元计算中的伴随工程处理方法，使其建立多个伴随计算模型，分别独立计算，最终合并计算结果的处理方法，为不同荷载作用下结构受力形态不同的结构的计算问题提供新型、便捷的解决方法。
本发明是通过以下技术方案实现的，不分明对于不同荷载作用下结构受力形态不同结构，建立多个伴随计算模型，分别独立计算，最终合并计算结果，具体步骤如下(1)针对结构不同的受力状态，分别建立多个伴随工程计算模型。
(2)各伴随工程计算模型之间要求如下几点相同计算节点数、构件单元类型、构件单元数量、由构件连接形成的结构空间几何关系。
(3)各伴随计算模型分别独立计算，得到构件内力和结构变形。
(4)以其中一个模型为基础，合并另外模型的计算结果。当选择一个模型的结果时，须选择该模型的内力、位移等全部结果。当选择一个模型的结果时，不同时选择另外模型的结果。
(5)按合并后的计算结果进行结构设计。
由于结构有限元计算最直接的结果是构件内力和位移，这是用于后续设计的主要参数。不同的计算模型中，只要节点数、构件单元类型、构件单元数量、结构空间几何关系等因素相同，内力和位移的数量即相同，即具备了数据合并的基础。实际工程中在不同荷载作用下结构受力形态不同的结构是复杂多样的，但只要满足本发明所归纳出的四个要素，即可按本发明方法进行处理。
利用本发明方法，可以对各种荷载作用，建立不同的计算模型。这样可以在各个计算模型中充分体现与荷载对应的实际受力状态，而不必进行简化、近似处理，使得计算结果更精确、可靠。
本发明方法以已有的有限元技术为基础，可以在已有的有限元计算程序基础上，稍作改动即可实现。因此本发明方法是一种简便易行、精确可靠的处理方法，具有重要的实用价值。
具体实施例方式
为更好地理解本发明的技术方案，以下结合具体的实施例作进一步描述。
以下为具体的实施例对于一个框-剪高层建筑结构，设计中需要包含竖向重力荷载、侧向风荷载、地震作用荷载等三类荷载作用。在竖向重力荷载作用下，为了反映实际的竖向差异变形，需要将结构中框架柱的刚度增大2～4倍。而在风、地震作用下，需要按柱的实际刚度值计算。
采用本发明方法，建立两个伴随工程数据模型。模型A的柱刚度不增大，用于计算风、地震荷载作用。模型B柱刚度增大3倍，用于计算竖向重力荷载。模型A、模型B之间如下几点相同计算节点数、构件单元类型、构件单元数量、由构件连接形成的结构空间几何关系。
本发明可以采用软件实现，在实际软件操作中，只需建立模型A。然后由模型A复制得到模型B，在模型B中只需通过合适的方式修改柱的刚度系数即可。操作过程非常简单。
对模型A、B分别独立计算，得到各类荷载工况对应的内力和变形。
以模型A为基础，合并模型B中的竖向重力荷载作用下的构件内力、结构变形的计算值。
以模型A为基础，根据合并的竖向重力荷载、风荷载、地震作用等工况作用下的内力、变形，进行结构构件验算，完成该框-剪结构的设计。
通过本实施例可看出，对于在不同荷载作用下结构受力状态不同的工程问题，采用本发明方法处理过程非常简单。并且对不同的荷载作用，严格按相应得受力状态建立计算模型，不做任何简化、近似处理，计算结果精确可靠。
权利要求
1.一种结构有限元计算中的伴随工程处理方法，其特征在于对于不同荷载作用下结构受力形态不同结构，建立多个伴随计算模型，分别独立计算，最终合并计算结果，具体步骤如下(1)针对结构不同的受力状态，分别建立多个伴随工程计算模型；(2)各伴随工程计算模型之间要求具有相同点；(3)各伴随计算模型分别独立计算，得到构件内力和结构变形；(4)以其中一个模型为基础，合并另外模型的计算结果；(5)按合并后的计算结果进行结构设计。
2.根据权利要求1所述的结构有限元计算中的伴随工程处理方法，其特征是，所述的步骤(2)，各伴随工程计算模型之间的要求的相同点，具体为计算节点数、构件单元类型、构件单元数量、由构件连接形成的结构空间几何关系。
3.根据权利要求1所述的结构有限元计算中的伴随工程处理方法，其特征是，所述的步骤(4)，以其中一个模型为基础合并另外模型的计算结果，具体为当选择一个模型的结果时，须选择该模型的内力、位移的全部结果，当选择一个模型的结果时，不再选择另外模型的结果。
全文摘要
一种结构有限元计算中的伴随工程处理方法，属于土木建筑工程技术领域。本发明对于不同荷载作用下结构受力形态不同结构，建立多个伴随计算模型，分别独立计算，最终合并计算结果。步骤如下(1)针对结构不同的受力状态分别建立多个伴随工程计算模型。(2)各模型之间要求具有相同点。(3)各伴随计算模型分别独立计算。(4)合并各模型的计算结果。(5)按合并后的计算结果进行结构设计。本发明方法，为不同荷载作用下结构受力形态不同的结构的计算问题，提供了便捷、有效的解决方法，使这类结构的设计计算更合理准确。
文档编号G06F17/50GK1838133SQ20061002609
公开日2006年9月27日 申请日期2006年4月27日 优先权日2006年4月27日
发明者谢靖中 申请人:上海交通大学