[发明专利]一种输电塔组装过程模拟方法

说明书

技术领域

本发明属于电力工程领域，涉及一种应用于模拟输电塔组装过程的模拟方法。

背景技术

输电塔组装过程模拟的难点在于结构时变、材料时变和边界时变的模拟。目前结构施工过程力学分析应用的方法主要为单元生死技术，但是该技术对构件安装时的位置往往不能控制。也就是说，采用单元生死技术时新装构件的初始位置与实际构件的安装位置往往会存在较大偏差而导致仿真模拟失效，特别是对于结构复杂的在空间联体结构，而猫头塔和酒杯塔等形式的输电塔的塔头就是一个先分叉再闭合的闭环结构。并且当采用单元生死技术对这种高空闭环的输电塔的组装过程进行分析时，往往由于死单元的漂移过大而使死单元发生畸变，导致求解失败，然而对高空闭环结构的对接进行预先的仿真分析，对实际工程的建设具有重要的指导意义。此外，单元生死技术不能考虑构件安装偏差对结构受力状态的影响，也不能用来直接确定输电塔安装过程中的预变形值。为准确、方便地模拟输电塔在组装过程中结构的几何、内力和变形的变化和发展历程，为实际工程的建设提供技术支撑。针对输电塔特殊的结构形式和受力条件，有必要发明新的输电塔组装过程的模拟方法。

发明内容

为了克服现有方法的缺陷，本发明的目的在于提供一种新的输电塔组装过程模拟方法，能够精确模拟输电塔组装全过程的几何、内力和变形的发展、变化和演变历程，解决了构件安装定位、构件安装偏差考虑和构件安装预变形值确定中的技术问题。本发明所提出的输电塔组装过程模拟的新方法，其主要创新点在于发明了构件安装定位、构件安装偏差考虑和构件安装预变形值确定的三种新技术，能够更加精确地模拟输电塔的组装过程。

所述输电塔组装过程模拟方法，步骤如下：

步骤一：建立输电塔的几何模型。

步骤二：建立输电塔结构整体的有限元模型。

步骤三：根据输电塔安装方案，把输电塔的组装过程离散为时间序列                                                ，划分为N步系列的组装阶段，时刻代表结构的初始“零”状态，时刻代表第k步组装完成时结构的状态，时刻代表输电塔的竣工状态。

步骤四：把输电塔结构所有构件的刚度矩阵乘以一个小数，以模拟组装起始的“零”状态。

步骤五：激活本组装阶段新装构件的单元刚度矩阵，并根据新装构件的实际安装长度、节点的安装坐标、构件安装偏差的大小以及安装预变形值修正对新装构件的单元刚度矩阵加以修正，形成新安装构件的单元刚度矩阵^aK_e。 

步骤六：形成本组装阶段完成时输电塔结构的刚度矩阵K^k，施加本阶段的荷载和边界条件ΔF^k-1，形成控制方程K^kΔu^k-1=ΔF^k-1。

步骤七：求得位移增量Δu^k-1、应变增量Δε^k-1、应力增量Δσ^k-1、位移^ku、应变^kε和应力σ^k。

步骤八：当K≤N时，重复上述步骤五至步骤七的过程，根据拟定的组装序列依次安装各组装阶段的构件，施加相应的荷载，形成并求解相应的控制方程，直到K＞N，即可跟踪输电塔组装全过程的几何、内力和变形的数值。

所述构件安装精确定位技术为：构件的安装通过修改单元及结构的刚度矩阵来实现。即首先根据设计参数建立新装构件的单元刚度矩阵，然后根据即时的安装状态进一步修正其单元刚度矩阵，修正的参数主要是构件的长度和新加节点的坐标，即构件的长度根据实际的制作长度确定，新加节点的位置同样根据实际的安装节点确定。

所述构件安装偏差考虑的技术为：在组装输电塔的过程中，受操作误差等的影响往往会产生一定的偏差，偏差主要包括构件长度的加工误差、构件的初始弯曲、构件螺栓孔尺寸的误差以及由于螺栓孔隙所引起的偏差等。为考虑这些误差的影响，在新装构件的加工长度和安装节点确定时，通过给新加节点的坐标施加一组修正值加以考虑，其中该组修正值通过工程经验和调查统计分析所获得。

所述构件安装预变形值确定技术为：对于组装过程中设置变形预调值的输电塔，各构件的安装位形需根据预调后特定的位形进行定位，才可保证竣工时结构变形后落到目标位形上。结构预变形值的求解方法为：在组装全过程分析的基础上，把结构的变形反向施加在原结构上通过反复迭代的方法，获得满足要求的各构件的安装位形，进而得到安装预变形值。