[发明专利]一种基于有限元的结构施工过程模拟分析方法及系统

权利要求书

1.一种基于有限元的结构施工过程模拟分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，模拟施工现场采用结构刚度逐层成型、竖向荷载逐层加载的方法，对超高层建筑施工进行建模；

S2，对不同施工阶段的模型进行竖向变形和侧向变形的分析；

S3，对不同施工阶段的模型进行竖向构件及伸臂桁架应力分析；

S4，对不同施工阶段的模型进行伸臂桁架合拢分析；

S5，对不同施工阶段的模型进行钢构件安装预调值分析。

2.根据权利要求1所述的基于有限元的结构施工过程模拟分析方法，其特征在于，所述S1具体包括：利用有限元软件Midas Gen，根据施工进度计划建立结构施工全过程模型，采用混凝土抗压强度时变模型和收缩徐变模型，并考虑结构自重、施工荷载、折减的风荷载和地震荷载。

3.根据权利要求1所述的基于有限元的结构施工过程模拟分析方法，其特征在于，所述S2具体包括：

S21，依据划分的施工步骤，定义各施工步骤相应的结构组、荷载组、边界组，在施工步骤进行激活或者钝化，模拟施工过程；

S22，计算施工阶段、竣工时刻以及投入使用阶段下各楼层的竖向变形，并对比结构在一次性加载、不考虑收缩徐变、考虑收缩徐变情况下的竖向变形；

S23，分析不同施工阶段核心筒与外框巨型柱竖向变形差沿楼层的分布；

S24，依据竖向变形分析结果，得到楼层标高预留高度和楼层竖向构件线路预留长度，以补偿构件压缩变形，实现在设定时刻各楼层标高和层高达到设计值，满足建筑使用要求；

S25，计算施工阶段结构在相应的风荷载和地震荷载作用下楼层的层间位移角，以及塔楼顶部和各个加强层的水平位移值是否满足规范要求。

4.根据权利要求1所述的基于有限元的结构施工过程模拟分析方法，其特征在于，所述S3具体包括：

S31，在建立结构施工全过程模型时，考虑不同阶段结构承受的荷载，定义边界条件以反映结构真实的受力情况；

S32，对模型的核心筒墙肢和框架柱的轴压比、承载力，外框架剪力分配进行计算和分析；

S33，选取各个加强层为数值分析对象，考察各个施工阶段核心筒、外框巨型柱、腰桁架和伸臂桁架的应力变化为施工监测提供依据。

5.根据权利要求1所述的基于有限元的结构施工过程模拟分析方法，其特征在于，所述S4具体包括：

S41，首先考察模型各个施工阶段不合拢伸臂桁架时的侧向刚度和整体稳定性是否满足要求，确定伸臂桁架的最迟合拢时刻；

S42，对模型各个施工阶段不同伸臂桁架合拢情况下的伸臂桁架附加应力变化进行分析，建立伸臂桁架附加应力与合拢时间的关系曲线；

S43，依据伸臂桁架的设计应力富余量确定其最早的合拢时刻；

S44，复核模型在步骤S43确定的伸臂桁架合拢方案下，各阶段的结构侧向刚度和整体稳定性，以及伸臂桁架的附加应力是否达到要求。

6.根据权利要求1所述的基于有限元的结构施工过程模拟分析方法，其特征在于，所述S5具体包括：

S51，以结构核心筒竖向位移为控制目标建立核心筒竖向位移预变形分析，进行施工全过程模拟，得到按设计线路施工结束阶段核心筒各层竖向位移及各层核心筒标高初始预调值；

S52，计算各层核心筒预调后标高，修正核心筒标高，完成各层施工模拟，得到各层核心筒和外框架竖向位移，完成施工模拟后，获得施工结束阶段各层核心筒竖向位移，修正核心筒标高预调值；

S53，以框筒内外相对竖向变形为控制目标，建立框筒内外相对竖向变形预变形分析，根据上一步S52计算得到的核心筒各层预调后施工标高，计算各层框筒内外相对变形，获得各层外框架标高初始预调值；

S54，计算各层外框架预调后标高，修正外框架标高，完成各层施工模拟，得到核心筒和外框架竖向位移及框筒内外相对变形，完成施工模拟后，获得施工结束阶段各层框筒内外相对变形，修正外框架标高预调值，得到外框架各层预调后施工标高。