一种多点吊装计算方法与流程

本发明涉及一种针对钢结构吊点的计算方法。

背景技术：

对于大型工程结构的吊装，通常需要设置4个以上的吊点，并且吊点的设置需要考虑吊装过程中的变形以及受力特点，符合结构的实际情况。因此，在对大型结构进行多点吊装之前，需要对吊点受力进行计算和分析。

多点吊装属于超静定问题，无法通过解简单力学方程求出各吊点的受力；增加挠度方程虽然可以准确解出吊点的受力，但解法相对较为复杂，输入条件较多，需要准确输入结构的各剖面的结构尺寸和材料属性，以及准确的重量分布。使用计算软件也可以解出吊点的受力，但需要事先对分析对象一一进行建模，显著增加了吊装计算时间和工作量，在实际中使用并不方便。因此，需要一种既能满足工程的精度要求，又易于使用的计算方法。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于大型结构多点吊装的新计算方法，以提高计算结果的准确度和计算效率。

为了解决上述技术问题，本发明的一种多点吊装计算方法，包括以下步骤：

a.分析对象在长度方向上简化为一维梁模型；

b.根据吊点布置，将梁模型分成若干段；

c.输入各段重量之比的估值；

d.根据各段重量，估算重心位置；

e.根据重心估算值与真实值之差，修正各段重量之比，重复步骤d~e直至满足停止条件；

f.输出各段重量，估算吊点受力之比；

g.根据吊点受力，估算重心位置；

h.根据重心估算值与真实值之差，修正吊点受力之比，重复步骤g~h直至满足停止条件；

i.输出长度方向吊点受力之比；

j.分析对象在宽度方向上简化为一维梁模型；

k.重复步骤b~h；

l.输出宽度方向吊点受力之比；

m.根据长、宽方向上吊点受力之比及总重量进行计算，输出各吊点受力计算结果。

上述步骤中计算所需的输入参数仅包括分析对象的尺寸、总重量、重心位置、吊点布置及各段重量之比的估值。

上述步骤中停止条件为重心估计值与重心实际值之差达到0.0001。

本发明的方法既能满足工程的精度要求，又易于使用。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为简化后的二维长度和宽度方向分别有m和n个吊点的分析对象模型示意图；

图3为分析对象长度或宽度方向计算流程图；

图4为本发明一种实施例的分析对象结构图；

图5为实施例简化后二维模型示意图；

图6为实施例简化后一维模型示意图。

具体实施方式

考虑到吊点受力计算的实际需求，对垂向的结构进行简化，可以将三维的结构实体转化为二维的平面模型，并不会对结果产生影响。吊点的布置需要考虑结构的实际特点，假设简化后的二维模型长度和宽度方向分别有m和n个吊点，则在长度和宽度方向上分别有（m-1）和（n-1）段，见图2。

下一步，需要对长度和宽度方向分别进行计算。

首先仅考虑长度方向，计算流程如图3。

将二维模型的重量分布到一维的情况下，可设（m-1）段的各段重量之间的比值满足 ，其中为结构的总重量。接下来，根据结构的实际形状和设备管线布置特点，给出各段重量之比的估计值，即。

根据力矩平衡原理，可以通过结构总重量、各段重量之比的估计值、各段的实际长度，计算得到结构重心在长度方向上的近似值。结构的实际重心通常是已知的，因此可以利用重心近似值和实际值之间的差值，修正各段重量比值。接着，利用修正后的重复上述计算过程，直到满足停止条件（如0.0001）后，停止计算。

将各段重量分布到相邻的吊点上，得到长度方向上吊点受力的近似值。同样根据力矩平衡原理，可以通过结构总重量、各吊点受力之比的估计值、各段的实际长度，重新计算结构重心在长度方向上的近似值。利用重心近似值和实际值之间的差值，修正之前给出的各段重量比值。之后，利用修正后的重复上述计算过程，直到满足停止条件（如0.0001）后，停止计算。最终，得到长度方向上各吊点的受力。

采用同样的方法来计算宽度方向上吊点的受力。首先对宽度方向上各段重量的比值进行估计并计算宽度方向上重心的估计值，然后利用重心估计值与真实值之间的差值来修正宽度方向上各段重量的比值，直至满足停止条件。将最终得到的各段重量分布到宽度方向上的各个吊点。再利用宽度方向上各吊点受力之比计算重心并进行迭代修正，最后得到宽度方向上各吊点受力之比。

根据长、宽方向上各吊点受力的比值，以及分析对象的总重量，计算出所有吊点的受力值。

以图4的结构作为本发明方法的实施例。

图5显示了实施例的简化后的二维模型示意图。图中，表示吊点受力，a、b、c表示相邻吊点的间距。

图6显示了本发明的第一实施例的简化后的一维模型示意图。图中，R1 ~ R4表示吊点受力，G1 ~ G3表示相邻立柱间构件的实际重量，分别满足如下关系：

（1）

式中，G表示整个结构的重量。然后，根据实际情况（型材、构件尺寸等）初步估计G₁、G₂、G₃的比值，即令，于是有

（2）

接下来，根据力矩平衡原理可知

（3）

式中，X₁、X₂、X₃分别表示G₁、G₂、G₃所对应的重心位置，表示估算得到的整个结构的重心位置。

由于X_g*是估算得到，因此；表示整个结构实际的重心位置。

若，令

（4）

式中，表示重心修正量；是收敛系数。通过利用可以重新计算即

（5）

将得到的代入式（3）重复上述过程，直到满足下述条件时停止计算

（6）

如果，同理仍利用式（4）计算，然后代入下式重新计算即

（8）

将得到的代入式（3）重复上述过程，直到满足停止条件。

当计算满足停止条件后，将最终得到的代入式（2）可以得到修正后的，即

下一步，将修正后的分配按照下述公式分配到相邻的吊点上，即

（9）

式中，表示由各段重量分配得到的吊点受力，a、b、c表示相邻吊点的间距，是分配系数，本实施例中取。

根据力矩平衡原理可得

（10）

式中，表示由吊点受力估算得出的重心位置，a、b、c表示相邻吊点的间距，

同理，由于不是结构的实际重心，因此，同样可以利用与的差值来进行修正，以计算吊点受力R₁、R₂、R₃、R₄，具体步骤如下

如果，令

（11）

式中，表示重心修正量；是收敛系数。然后利用修正即

（12）

将得到的代入式（10）重复上述过程，直到满足下述条件时停止迭代

（13）

如果，同理仍利用式（11）计算，然后代入下式修正即 （14）

将得到的代入式（10）重复上述过程，直到满足停止条件。

计算停止后，根据最终得到的可以计算得到R₁、R₂、R₃、R₄，即

接下来，考虑宽度方向。由于本实施例的宽度方向上仅有两个吊点，因此可直接根据力矩平衡原理，得到其比值，即，式中s表示宽度方向上，重心到的距离。

最后，根据，可由R₁、R₂、R₃、R₄分别计算出R₁₁、R₂₁、R₁₂、R₂₂、R₁₃、R₂₃、R₁₄、R₂₄，即所有吊点的受力，如图5。