[发明专利]一种超高层混凝土结构施工过程模拟分析方法

说明书

技术领域

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

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究。

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

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。

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：

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；

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。

进一步地，在步骤一中，所述收缩应变公式为：

ε_cs＝ε_cd+ε_ca

ε_cd(t)＝β_ds(t,t_s)·k_h·ε_cd,0