跨越钢结构的施工方案优化方法、装置、设备及存储介质

本发明涉及土木工程，具体涉及跨越钢结构的施工方案优化方法、装置、设备及存储介质。

背景技术：

1、大型复杂跨越钢结构的建造是一种普遍的建筑方式，在其建造工程中，往往存在几何非线性问题。随着施工的进展，复杂钢结构逐渐生成，材料依次成型，荷载逐步施加，最终完成整个复杂钢结构的建造。

2、随着施工的进展，刚接、铰接和半铰半刚等边界条件和结构体系也在不断发生变化。复杂钢结构的状态是施工步骤和施工阶段效应逐次累积的结果，实际工程中的复杂钢结构通常为超静定结构，考虑施工力学效应时，即使是同一超静定结构，如果按照不同的施工顺序进行施工，结构构件最终的内力分布也会有所不同，不同的施工方法或不同的施工顺序会导致复杂钢结构的最终位形和受力状态产生差异。

3、目前，对于复杂钢结构的施工，主要是对施工方案的设计参数和形状进行优化，但施工方案的各项设计参数是固定的，仅考虑施工方案的个别参数和形状，不考虑复杂跨越钢结构的施工时变特性，忽略“施工路径”的优化，并不能确保复杂钢结构最终的位形和受力状态符合设计要求。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种跨越钢结构的施工方案优化方法、装置、设备及存储介质，以解决现有技术中不考虑复杂跨越钢结构的施工时变特性，忽略“施工路径”的优化，不能使得复杂钢结构最终的位形和受力状态符合设计要求的问题。

2、根据本发明实施例的第一方面，提供一种跨越钢结构的施工方案优化方法，包括：

3、将所述跨越钢结构进行层级划分，得到多个一级子结构，每个一级子结构中包括多个二级子结构，每个二级子结构包括多个杆件；

4、对于任一一级子结构，将所述一级子结构的所有二级子结构进行任意排序，得到对应的多个子结构施工方案；

5、获取所述子结构施工方案中所有杆件在每个子施工阶段的应力参数，其中每形成一个二级子结构为一个子施工阶段；

6、根据所述子结构施工方案中每个二级子结构的所有杆件在子施工阶段的应力参数，计算得到该二级子结构在每个子施工阶段的应力响应值；

7、根据每个二级子结构在每个子施工阶段的应力响应值，计算得到每个二级子结构的输出应力优化系数和应力变化优化系数；

8、根据所述子结构施工方案中每个二级子结构的输出应力优化系数和应力变化优化系数，计算得到所述子结构施工方案的相关系数；

9、比较所述一级子结构的所有子结构施工方案的相关系数与1的差值，选取与1的差值最小的子结构施工方案为所述一级子结构的最优子结构施工方案；

10、将所有一级子结构进行任意排序，得到多个总结构施工方案；

11、根据所述总结构施工方案中每个一级子结构中所有杆件的应力参数，计算得到所述一级子结构在每个总施工阶段的结构整体刚度，其中每形成一个一级子结构为一个总施工阶段；

12、对于任一一级子结构，比较所述一级子结构在最后一个总施工阶段时的结构整体刚度的大小，从所有总结构施工方案中选出结构整体刚度最大的作为疑似最优总结构施工方案；

13、对于所有疑似最优总结构施工方案，根据所有一级子结构在每个总施工阶段的结构整体刚度，计算得到对应的总刚度变化值；

14、从所有疑似最优总结构施工方案中选取总刚度变化值最小的作为最优总结构施工方案。

15、优选地，所述根据所述子结构施工方案中每个二级子结构的所有杆件在子施工阶段的应力参数，计算得到该二级子结构在每个子施工阶段的应力响应值，包括：

16、根据当前子施工阶段所述杆件的应力参数，分别计算得到所述杆件的多个最大组合应力值；

17、将所述杆件所有的最大组合应力值组合起来，得到当前子施工阶段所述杆件的最大组合应力；

18、根据当前子施工阶段所述二级子结构中所有杆件的最大组合应力，计算得到当前子施工阶段所述二级子结构的应力响应值。

19、优选地，所述应力参数包括轴应力、剪应力和弯曲应力，所述根据当前子施工阶段所述杆件的应力参数，分别计算得到所述杆件的多个最大组合应力值，包括：

20、根据当前子施工段所述杆件的轴应力、剪应力和弯曲应力，按照如下公式公式，计算得到所述杆件每个位置处的多个组合应力值sb1、sb2、sb3、sb4：

21、sb1＝σ-γy+γz，

22、sb2＝σ+γy+γz，

23、sb3＝σ+γy-γz，

24、sb4＝σ-γy-γz；

25、其中，σ为轴应力，γy为关于单元局部坐标系y轴的弯曲应力；γz为关于单元局部坐标系z轴的弯曲应力；

26、从所述杆件所述位置处的多个组合应力值sb1、sb2、sb3、sb4中选出最大值作为所述杆件的一个最大组合应力值。

27、优选地，所述根据每个二级子结构在每个子施工阶段的应力响应值，计算得到每个二级子结构的输出应力优化系数和应力变化优化系数，包括：

28、将将所述子结构施工方案中每个二级子结构在每个子施工阶段的应力响应值除以预设值，得到每个二级子结构在每个子施工阶段的应力优化系数；

29、从所述二级子结构在所有子施工阶段的应力优化系数中选取最大值作为所述二级子结构的输出应力优化系数。

30、优选地，所述根据每个二级子结构在每个子结构施工阶段的应力响应值，计算得到每个二级子结构的输出应力优化系数和应力变化优化系数，还包括：

31、根据所述二级子结构在当前子施工阶段和前一个子施工阶段的应力响应值，计算得到所述二级子结构在当前子施工阶段的应力变化值；

32、将每个二级子结构在所有子施工阶段的应力变化值相加求和，计算得到该二级子结构的累积应力变化值为；

33、将每个二级子结构的累积应力变化值除以预设值，得到该二级子结构的应力变化优化系数。

34、优选地，所述根据所述子结构施工方案中每个二级子结构的输出应力优化系数和应力变化优化系数，计算得到所述子结构施工方案的相关系数，包括：

35、按照如下公式，计算得到一级子结构中所述子结构施工方案的相关系数

36、

37、其中，为输出应力优化系数的均值；为应力变化优化系数的均值，αqr为子结构施工方案q中二级子结构r的输出应力优化系数；βqr为子结构施工方案q中二级子结构r的应力变化优化系数，n为二级子结构的数量。

38、优选地，所述对于所有疑似最优总结构施工方案，根据所有一级子结构在每个总施工阶段的结构整体刚度，计算得到对应的总刚度变化值，包括：

39、根据每个一级子结构在每个总施工阶段的结构整体刚度，计算得到每个总施工阶段中每个一级子结构的结构整体刚度变化值；

40、将所述总施工阶段中所有一级子结构的结构整体刚度变化值进行加和，得到所述总施工阶段的整体刚度变化值；

41、将所述疑似最优总结构施工方案中，每个总施工阶段的整体刚度变化值相加，得到所述疑似最优总结构施工方案的总刚度变化值。

42、根据本发明实施例的第二方面，提供一种跨越钢结构的施工方案优化装置，包括：

43、结构划分模块，用于将所述跨越钢结构进行层级划分，得到多个一级子结构，每个一级子结构中包括多个二级子结构，每个二级子结构包括多个杆件；

44、最优子结构施工方案选取模块，用于对于任一一级子结构，将所述一级子结构的所有二级子结构进行任意排序，得到对应的多个子结构施工方案；获取所述子结构施工方案中所有杆件在每个子施工阶段的应力参数，其中每形成一个二级子结构为一个子施工阶段；根据所述子结构施工方案中每个二级子结构的所有杆件在子施工阶段的应力参数，计算得到该二级子结构在每个子施工阶段的应力响应值；根据每个二级子结构在每个子施工阶段的应力响应值，计算得到每个二级子结构的输出应力优化系数和应力变化优化系数；根据所述子结构施工方案中每个二级子结构的输出应力优化系数和应力变化优化系数，计算得到所述子结构施工方案的相关系数；比较所述一级子结构的所有子结构施工方案的相关系数与1的差值，选取与1的差值最小的子结构施工方案为所述一级子结构的最优子结构施工方案；

45、最优总结构施工方案选取模块，用于将所有一级子结构进行任意排序，得到多个总结构施工方案；根据所述总结构施工方案中每个一级子结构中所有杆件的应力参数，计算得到所述一级子结构在每个总施工阶段的结构整体刚度，其中每形成一个一级子结构为一个总施工阶段；对于任一一级子结构，比较所述一级子结构在最后一个总施工阶段时的结构整体刚度的大小，从所有总结构施工方案中选出结构整体刚度最大的作为疑似最优总结构施工方案；对于所有疑似最优总结构施工方案，根据所有一级子结构在每个总施工阶段的结构整体刚度，计算得到对应的总刚度变化值；从所有疑似最优总结构施工方案中选取总刚度变化值最小的作为最优总结构施工方案。

46、根据本发明实施例的第三方面，提供一种跨越钢结构的施工方案优化设备，包括：

47、存储器，其上存储有可执行程序；

48、处理器，用于执行所述存储器中的所述可执行程序，以实现上述任一项所述方法的步骤。

49、根据本发明实施例的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行上述任一项所述方法的步骤。

50、本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

51、通过将跨越钢结构进行层级划分，得到多个一级子结构，每个一级子结构中包括多个二级子结构，每个二级子结构包括多个杆件；对于任一一级子结构，将一级子结构的所有二级子结构进行任意排序，得到对应的多个子结构施工方案；获取子结构施工方案中所有杆件在每个子施工阶段的应力参数，其中每形成一个二级子结构为一个子施工阶段；根据子结构施工方案中每个二级子结构的所有杆件在子施工阶段的应力参数，计算得到该二级子结构在每个子施工阶段的应力响应值；根据每个二级子结构在每个子施工阶段的应力响应值，计算得到每个二级子结构的输出应力优化系数和应力变化优化系数；根据子结构施工方案中每个二级子结构的输出应力优化系数和应力变化优化系数，计算得到子结构施工方案的相关系数；比较一级子结构的所有子结构施工方案的相关系数与1的差值，选取与1的差值最小的子结构施工方案为一级子结构的最优子结构施工方案；将所有一级子结构进行任意排序，得到多个总结构施工方案；根据所总结构施工方案中每个一级子结构中所有杆件的应力参数，计算得到一级子结构在每个总施工阶段的结构整体刚度，其中每形成一个一级子结构为一个总施工阶段；对于任一一级子结构，比较一级子结构在最后一个总施工阶段时的结构整体刚度的大小，从所有总结构施工方案中选出结构整体刚度最大的作为疑似最优总结构施工方案；对于所有疑似最优总结构施工方案，根据所有一级子结构在每个总施工阶段的结构整体刚度，计算得到对应的总刚度变化值；从所有疑似最优总结构施工方案中选取总刚度变化值最小的作为最优总结构施工方案，最终得到的最优总结构施工方案是根据所有一级子结构和二级子结构在每个施工阶段的杆件应力参数得到的，考虑复杂跨越钢结构的施工时变特性，子结构的不同施工顺序造成的跨越钢结构的最终位形和受力状态差异，对施工方案进行优化，从而有效解决现有技术中不考虑复杂跨越钢结构的施工时变特性，忽略“施工路径”的优化，不能使得复杂钢结构最终的位形和受力状态符合设计要求的问题。

52、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。