[发明专利]建筑钢结构施工过程温度应力仿真分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种对建筑钢结构施工过程温度应力进行仿真分析的方法。特别涉及一种对大跨度空间钢结构温度区段合拢(合拢：指施工过程中各施工工作面或预留连接点的连接)的仿真分析及施工过程时间-温度场的加载方法及其对构件初始应力的影响。

背景技术

在建筑结构施工中，由于材料的线膨胀特性，钢结构对外界温度变化比钢筋混凝土结构敏感，施工过程环境温度对合拢产生的影响不可忽略，并且会影响到结构构件的初始应力。但现有的建筑钢结构工程设计和施工规范，均未对施工过程中外界环境温度变化的影响提出计算分析要求。当结构跨度较大时，施工采用预留调节段来解决合拢误差问题。而对于施工过程中，构件单元由于时间-温度场的作用产生初始温度应力，导致构件在竣工状态与施工图设计预设初始状态产生偏差，进而影响构件单元的可靠度，国内外尚无文献介绍，也缺乏相关的仿真分析方法。

发明内容

本发明针对现有钢结构施工中温度应力仿真分析的不足与缺陷，提供了一种有效实用的分析方法。并在国家游泳中心“水立方”项目钢结构施工过程中得到应用与验证。

本发明的的特征在于：所述方法是在计算机中依次按以下步骤实现的：

步骤(1)，向计算机输入以下参数：

所设定的施工温度分段：

对于高层建筑，按钢柱的运输长度或吊装重量确定；

对于空间结构，把每个连续施工区域作为一个温度区段；

在结构连续施工时，根据施工过程中的各时间跨度所对应的施工区域划定；

所选取的参考基准温度及时间区段：

以当地气象台近10年月平均气温作为参考基准温度；

以月作为时间区段。

所选取的区段合拢温度：

以所述各月参考基准温度作为区段合拢温度，但随不同的季节作相应调整：

夏季比月参考基准温度低2℃-5℃；

春秋季取月参考基准温度的±5℃；

冬季比月参考基准温度高5℃-10℃；

同时设定，每层屋盖中各分组的编号，以及每层屋盖中各结构构件的编号；

又设定，前一温度区段构件的应力和变形作为下一温度区段的初始应力和初始变形，供所述下一温度区段添加新构件时作温度应力分析使用。

步骤(2)，在各个合拢阶段，依次按以下步骤进行建筑钢结构施工工程的温度应力仿真分析：

步骤(2.1)：第一合拢阶段

无分组合拢情况，仅分析第一合拢阶段内各构件组成的集合的温度作用，步骤如下：

步骤(2.1.1)，记录所述集合在施工期间的参考温度，最高气温及最低气温，分别根据最高、最低温度与参考温度之差，计算出所述集合中各结构构件对应的温升和温降；

步骤(2.1.2)，采用SAP2000通用分析软件中的模拟施工的顺序加载模块，对温度作用进行非线性有限元仿真分析，并把得到的应力和变形作为第二合拢阶段的初始状态参数使用；

步骤(2.2)，第二合拢阶段

添加新的结构构件，并按下一步骤进行所述仿真分析：

步骤(2.2.1)，记录合拢时的温度，以此作为参考温度，再记录合拢时的最高和最低温度，分别根据最高温度、最低温度与参考温度之差计算出合拢完毕后新的结构构件集合中各构件的温升和温降；

步骤(2.2.2)，采用所述SAP2000通用分析软件中的模块对温度作用进行非线性有限元仿真分析，并把得到的应力和变形作为下一合拢阶段的初始状态参数使用；

步骤(2.2.3)，添加新的结构构件，重复执行步骤(2.2.1)～步骤(2.2.2)”，直到最终合拢阶段为止。

本发明已在国家游泳中心“水立方”项目钢结构施工过程中得到应用与验证。

附图说明

图1是本发明的典型的时间-温度曲线和区段合拢温度。

图中时间轴以月为单位，左侧为参考基准温度，右侧为计算选取的区段合拢温度。

每一组柱状单元对应一个施工合拢区段。

图2是本发明的典型的温度荷载加载方法。