[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

说明书

本发明属于结构施工模拟分析技术领域，具体提供了一种基于有限元的结构施工过程模拟分析方法及系统，其中方法包括：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；对不同施工阶段的模型进行竖向变形和侧向变形的分析；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；对不同施工阶段的模型进行伸臂桁架合拢分析；对不同施工阶段的模型进行钢构件安装预调值分析。通过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模拟，电算分析后，根据电算预测值预调整竖向结构标高，按照电算结果进行现场预调，然后通过监测结果再来判断是否需要修正预调值。

技术领域

本发明涉及结构施工模拟分析技术领域，更具体地，涉及一种基于有限元的结构施工过程模拟分析方法及系统。

背景技术

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究。

在300m以上的超高层结构施工过程中，由于变形以及混凝土的收缩和徐变会引起外框钢柱和核心筒出现竖向变形，且因为变形不一致产生变形差，因此需要对竖向变形进行预测，并给出预调值指导现场施工。常规做法是根据经验设置一个预调值指导现场施工。传统超高层施工过程中无法对结构进行检测及与施工节奏调整，也没有较好的施工前分析方法。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的超高层施工过程前无法对结构进行检测及与施工节奏调整的技术问题。

本发明提供了一种基于有限元的结构施工过程模拟分析方法，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。

优选地，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。

优选地，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。