一种超高层混凝土结构施工过程模拟分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于建筑行业超高层混凝土结构施工过程模拟分析领域，特别涉及一种基 于ANSYS的考虑收缩徐变影响的超高层混凝土结构施工过程模拟分析方法。
【背景技术】
[0002] 近10年，超高层建筑在中国得到了飞速发展，无论从量上还是高度上都有了质的 变化。随着高度的不断增加，施工中出现了一系列新的问题需要特别关注和解决。一、施工 过程模拟的重要性凸显。传统的结构设计方法仅对使用阶段的结构在不同工况及其组合作 用下的效应进行分析，结构一次性建模，整体一次性加载，并没有考虑施工过程和时间效应 的影响。而实际上，在整个施工过程中结构是一个时变体系，结构的材料参数、几何参数、荷 载边界条件都随施工进程而改变，结构竣工状态的内力和变形也是各施工步效应的累积结 果。尤其是大型超高层结构，施工周期较长，竖向变形受施工过程和时间效应影响较大，仅 按传统的分析方法进行变形分析不能准确地反映实际情况，因此有必要对施工过程进行跟 踪模拟，对结构施工过程中的竖向变形规律进行研宄。
[0003] 施工过程模拟分析包括两个主要问题，一是按照施工单位的施工进展，真实模拟 出结构的楼层及构件施工顺序；二是考虑混凝土材料的收缩、徐变等非荷载作用。施工模拟 的作用主要有两个方面，一是进行施工过程模拟以后，可以反映出柱、支撑等关键构件的真 实内力，进而校核其设计的安全性，进而确保整个结构的安全性；二是由于现在超高层结构 大多采用框架-核心筒结构体系，当结构超度较大时，由于外部框架柱和核心筒的材料、受 力状态及几何形态存在明显差异，在竖向荷载作用下，将导致外框柱和核心筒产生明显的 轴向变形差异。如果考虑了收缩和徐变的影响，柱子的竖向变形将进一步增加。较大的竖 向变形和框架柱与内部核心筒之间的变形差会对幕墙、隔墙、机电管道和电梯等非结构构 件产生一定的影响，甚至会导致设备的正常运行。通过施工模拟计算出竖向构件的竖向变 形，可以修正外部钢柱的下料长度和楼层的施工标高，以保证施工的精度，进而满足使用功 能设计要求。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种超高层混凝土结构施工过程模拟分析方法，以考虑施 工过程以及混凝土收缩徐变对结构变形与内力的影响，解决传统的结构设计方法仅对使用 阶段的结构一次性建模加载而没有考虑施工过程和时间效应的问题，为设计与施工的安全 性提供依据。
[0005] 为了达到上述目的，本发明提供了一种超高层混凝土结构施工过程模拟分析方 法，包括：
[0006] 步骤一：根据干缩应变和自收缩应变建立混凝土结构的收缩应变公式，根据名义 徐变系数和徐变随时间发展的系数建立混凝土结构的徐变系数公式；
[0007] 步骤二：基于所述收缩应变公式，在ANSYS中采用等效降温法模拟计算混凝土收 缩应变，基于所述徐变系数公式，并通过ANSYS的蠕变计算功能模拟计算混凝土徐变，采用ANSYS的生死单元功能模拟超高空混凝土结构的施工过程；
[0008] 步骤三：将步骤二中对混凝土收缩应变、混凝土徐变以及混凝土结构施工过程的 模拟进行整合，以实现超高层混凝土结构考虑收缩徐变影响的施工过程模拟分析。
[0009] 进一步地，在步骤一中，所述收缩应变公式为：
[0010] ecs= e cd+eca
[0011]ecd⑴=0ds(t，ts) ?kh ?ecd〇
【主权项】
1. 一种超高层混凝±结构施工过程模拟分析方法，其特征在于，包括： 步骤一；根据干缩应变和自收缩应变建立混凝±结构的收缩应变公式，根据名义徐变 系数和徐变随时间发展的系数建立混凝±结构的徐变系数公式； 步骤二：基于所述收缩应变公式，在ANSYS中采用等效降温法模拟计算混凝±收缩 应变，基于所述徐变系数公式，并通过ANSYS的蠕变计算功能模拟计算混凝±徐变，采用 ANSYS的生死单元功能模拟超高空混凝±结构的施工过程； 步骤将步骤二中对混凝±收缩应变、混凝±徐变W及混凝±结构施工过程的模拟 进行整合，W实现超高层混凝±结构考虑收缩徐变影响的施工过程模拟分析。
2. 如权利要求1所述的超高层混凝±结构施工过程模拟分析方法，其特征在于，在步 骤一中，所述收缩应变公式为：
eca(t) = 0as(t) ?eca( ) |3as(t) =l-exp(-〇. 2t°'s) eca( °° ) = 2. 5 ? (fck-10) ?l〇-6 式中，e。为总收缩应变，ew为干缩应变，e。。为自收缩应变，ew,。为混凝±名义无约 束干缩值，0 t,)为描述干缩应变与时间和理论厚度2A/U相关的系数，kh为与理论厚度 2A/U相关的系数，为混凝±圆柱体28天龄期平均抗压强度，f"。取lOMPa，add为与水 泥品种有关的系数，ad,2为与水泥品种有关的系数，RH为周围环境相对湿度，RH。取100%， t为混凝±龄期，t,为干缩开始时的混凝±龄期，ftk为混凝上圆柱体28天龄期抗压强度特 征值。
3. 如权利要求2所述的超高层混凝±结构施工过程模拟分析方法，其特征在于，所述 曰dsi取为4,所述ads2取为0.I2。
4. 如权利要求2所述的超高层混凝±结构施工过程模拟分析方法，其特征在于，所述 t,取为3天。
5. 如权利要求1所述的超高层混凝±结构施工过程模拟分析方法，其特征在于，在步 骤一中，所述徐变系数公式为：
式中，妍为名义徐变系数，e。(*，t。）为徐变随时间发展的系数，t为混凝±龄期，t。为 预加应力时的混凝±龄期，巧IH为考虑环境相对湿度和理论厚度2A/U对徐变系数影响的系 数，0 (fj为考虑混凝±强度对徐变系数影响的系数，0 (t。）为考虑加载时混凝±龄期对 徐变系数影响的系数，f。。为混凝±圆柱体28天龄期平均抗压强度，RH为周围环境相对湿 度，0H为取决于环境相对湿度RH和理论厚度2A/U的系数，a1、a2、a3为考虑混凝±强度 影响的系数。
6. 如权利要求1所述的超高层混凝±结构施工过程模拟分析方法，其特征在于，在步 骤二中，根据收缩应变公式和徐变系数公式，结合ANSYS提供的蠕变计算准则，采用化ler 向前法进行蠕变演化计算，通过ANSYS实现混凝±徐变的模拟。
7. 如权利要求1所述的超高层混凝±结构施工过程模拟分析方法，其特征在于，在步 骤二中，采用ANSYS建立有限元模型，利用ANSYS的生死单元功能，首先杀死模型中所有单 元，然后根据实际施工过程的施工顺序逐层激活模型中的单元，从而实现对现场施工过程 的模拟。
8. 如权利要求1所述的超高层混凝±结构施工过程模拟分析方法，其特征在于，在步 骤S中，通过ANSYSAP化将混凝±收缩应变、混凝±徐变W及混凝上结构施工过程的模拟 整合为一体。
【专利摘要】本发明提供了一种超高层混凝土结构施工过程模拟分析方法，包括：步骤一：根据干缩应变和自收缩应变建立混凝土结构的收缩应变公式，根据名义徐变系数和徐变随时间发展的系数建立混凝土结构的徐变系数公式；步骤二：基于收缩应变公式，在ANSYS中用等效降温法模拟计算混凝土收缩应变，基于徐变系数公式，并通过ANSYS的蠕变计算功能模拟计算混凝土徐变，采用ANSYS的生死单元功能模拟超高空混凝土结构的施工过程；步骤三：整合步骤二中对混凝土收缩应变、混凝土徐变及混凝土结构施工过程的模拟。本发明考虑了混凝土收缩徐变的影响，合理地模拟分析超高层混凝土结构施工过程，计算速度快，准确性高。
【IPC分类】G06F17-50
【公开号】CN104850707
【申请号】CN201510270083
【发明人】马俊杰, 田炜, 卢旦
【申请人】华东建筑设计研究院有限公司
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年5月24日