CN108520137B - 一种适用于空间桁架结构的平面节点耦合处理方法 - Google Patents

一种适用于空间桁架结构的平面节点耦合处理方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108520137B
CN108520137B CN201810284104.8A CN201810284104A CN108520137B CN 108520137 B CN108520137 B CN 108520137B CN 201810284104 A CN201810284104 A CN 201810284104A CN 108520137 B CN108520137 B CN 108520137B
Authority
CN
China
Prior art keywords
point
nodes
plane
node
space truss
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201810284104.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108520137A (zh
Inventor
冯炎
杨新华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huazhong University of Science and Technology
Original Assignee
Huazhong University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huazhong University of Science and Technology filed Critical Huazhong University of Science and Technology
Priority to CN201810284104.8A priority Critical patent/CN108520137B/zh
Publication of CN108520137A publication Critical patent/CN108520137A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108520137B publication Critical patent/CN108520137B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/13—Architectural design, e.g. computer-aided architectural design [CAAD] related to design of buildings, bridges, landscapes, production plants or roads
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Rod-Shaped Construction Members (AREA)

Abstract

本发明属于建筑强度计算及分析相关技术领域，并公开了一种适用于空间桁架结构的平面节点耦合处理方法，包括：统计桁架结构中具有平面节点的所有杆单元，然后将联接于各个平面节点且处于同一直线上的两个杆单元分别模拟为成对的梁单元；判断梁单元彼此之间是否在不同方向上存在相交，并且在判定存在相交的情况下，在交点的同一位置上相应生成一个新的节点；将存在相交的梁单元依次联接到新的节点之上，然后将该同一位置上的两个节点也即原先的交点和新的节点的位移自由度进行耦合，同时实现两者之间的铰连接。通过本发明，不仅可以高效率、高精度的方式有效消除过多的平面节点，而且对空间桁架的杆系不会造成太大调整，无需增加任何辅助杆件。

Description

一种适用于空间桁架结构的平面节点耦合处理方法
技术领域
本发明属于建筑强度计算及分析相关技术领域，更具体地，涉及一种适用于空间桁架结构的平面节点耦合处理方法。
背景技术
在各类建筑物的设计及强度计算检测过程中，均需要涉及桁架结构的处理。所谓桁架，是由一些由直杆组成的三角形框构成的几何形状不变的结构物。若组成桁架各杆件的轴线和所受外力不在同一平面上，则称之为空间桁架。空间桁架常用于大跨度的厂房、展览馆、体育馆和桥梁等建筑中，并要求对其进行合理布置来适应结构的内力分配等。
更具体地，在计算分析空间桁架结构的实际工况中，平面节点的处理是重点需要解决的技术问题之一。在空间桁架中，如果交于某一节点的所有杆件均处于同一平面内，就称这样的节点为平面节点。平面节点的存在会使空间桁架体系成为几何可变体系，而几何可变体系通常很难直接进行计算求解，在此情况下必需对这些平面节点作出适当的处理，使得系统可以容易求解以满足强度设计的需求。
现有技术中用于减少或消除空间桁架的平面节点的方案主要包括附加杆法、删除节点法、增加虚拟弹簧法等。然而，进一步的研究表明，上述现有技术仍存在以下的缺陷或不足：首先，这类方案一般需要繁琐的计算过程，处理效率低而且精度受限；其次，有些方法受到添加杆件的刚度影响较大，太高或太低都会对结果造成较大影响；再者，这类方案可能不能同时得到正确的节点力及节点位移，或者只适用于线性分析。相应地，本领域亟需做出进一步的改进，以便更好地符合现代化建筑制造工业中对空间桁架结构的复杂计算分析处理需求。
发明内容
针对现有技术的以上不足之处和改进需求，本发明提供了一种适用于空间桁架结构的平面节点耦合处理方法，其中通过结合空间桁架自身的结构特征及节点耦合处理的机理改进，将特定位置上的杆单元重新定义为梁单元进行模拟，同时对多个平面节点在同一位置上进行选择性重置处理，相应不仅可以高效率、高精度的方式有效消除过多的平面节点，而且对空间桁架的杆系不会造成太大调整，无需增加任何辅助杆件，即便在非线性分析计算中也能稳定进行几何体系的求解，因而尤其适用于输电铁塔、大跨度桥梁之类建筑物的有限元计算分析运用场合。
为实现上述目的，按照本发明，提供了一种适用于空间桁架结构的平面节点耦合处理方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：
(1)针对作为计算分析对象的空间桁架结构，统计出该结构中具有平面节点的所有杆单元，然后将联接于各个平面节点且处于同一直线上的两个杆单元分别模拟为成对的梁单元；
(2)判断上述成对的梁单元彼此之间是否在不同方向上存在相交，并且在判定存在相交的情况下，在交点的同一位置上相应生成一个新的节点；
(3)将所述在不同方向上存在相交的梁单元依次联接到通过步骤(2)所生成的新的节点之上，然后将该同一位置上的两个节点也即原先的交点和新的节点的位移自由度进行耦合，同时实现两者之间的铰连接，由此完成整体的处理过程。
通过以上构思，主要是考虑是空间桁架的体系是由承担不同功能的杆单元和梁单元组成的，例如梁单元可承受弯矩且每个节点多三个转角自由度，而杆单元不能承受弯矩，在此情况下，同现有技术中通常采用的梁杆混合单元法相比，本发明不仅将导致在系统中产生多个平面节点的杆单元(具体譬如可包括斜材、辅材等)重新模拟为成对的梁单元，更重要的是在这些平面节点上重新建立了新的辅助节点，并借助于此来使得不同方向上的组件分别搭接及处理其位移自由度，相应有效避免了组件直接相连产生钢节点的后果，同时系统也无需额外增加辅助杆件，便于后续得出节点位置处的节点力和位移，甚至在非线性分析过程中也能稳定求解。
作为进一步优选地，在步骤(2)中，当判定不存在相交的情况下，则直接将所述成对的梁单元设定为刚性连接，同时无需生成一个新的节点。
作为进一步优选地，在步骤(3)中，对所述位移自由度进行耦合的过程优选执行如下：即依次分别绑定同一位置上的两个节点，对三个方向上的位移自由度分别进行耦合。
作为进一步优选地，上述空间桁架结构优选譬如运用于大型输电铁塔、大跨度桥梁之类的建筑物。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，通过将系统内部会导致产生过多平面节点的杆单元模拟为梁单元，相应可在此基础上方便在同一位置处建立新的节点，并使得不同方向上相交的梁单元可借助于两个节点来耦合其位移自由度，以此方式，不仅在很大程度上避免了组件直接连接产生刚节点的后果，而且整个体系的连接方式并没有太大的变化，系统也没有额外增加辅助杆件，相应节点位置处的节点力和位移都可以予以得出，因而尤其适用于需要高精度及高效处理的大型输电铁塔或大跨度桥梁之类的有限元计算分析应用场合。
附图说明
图1是按照本发明所构建的平面节点耦合处理的整体工艺过程示意图；
图2是以某大型输电铁塔为例、用于示范性说明按照本发明对其空间桁架的平面结构耦合处理平面节点的运用示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1是按照本发明所构建的平面节点耦合处理的整体工艺过程示意图。如图1所示，该工艺方法主要包括杆梁单元的转换、新节点的生成、将不同方向的梁单元同时连接于两个节点上，以及耦合其位移自由度以便实现铰连接的步骤；此外还专门针对整个工艺操作过程的机理及改进出发点针对性进行了研究和设计。下面将对这些步骤逐一进行具体解释说明。
首先，针对作为计算分析对象的空间桁架结构，统计出该结构中具有平面节点的所有杆单元，然后将联接于各个平面节点且处于同一直线上的两个杆单元分别模拟为成对的梁单元；
接着，判断上述成对的梁单元彼此之间是否在不同方向上存在相交，并且在判定存在相交的情况下，在交点的同一位置上相应生成一个新的节点；
最后，将所述在不同方向上存在相交的梁单元依次联接到所生成的新的节点之上，然后将该同一位置上的两个节点也即原先的交点和新的节点的位移自由度进行耦合，同时实现两者之间的铰连接，由此完成整体的处理过程。
下面将参照图2，结合一个具体应用场合也即以某输电铁塔具有平面节点结构的一部分来具体解释本发明。
具体而言，当由角钢搭建的输电铁塔在需要对其结构进行有限元分析时，现有技术中一般用梁单元模拟双肢都由螺栓相连接的主材杆件，而用杆单元模拟由一到两颗连接其单肢的斜材和辅材杆件。
然而，如图2所示，当采用上述解决方案时，所有杆件都在一个平面内，例如，点7与点11之间的杆件、点9与点13之间的杆件均应设为梁单元，其他杆件应设为杆单元。而这样建模之后就会在图中显示为由5个实心圆点处形成平面节点，导致后期无法进行计算。
相应地，运用本发明所述方法的解决过程如下：
首先可将点11与点5、点5与点1、点1与点4、点4与点9之间的各个杆件，以及点13与点6、点6与点1、点1与点3、点3与点7之间的杆件改用梁单元模拟。
接着，在点1位置处生成点2、在点7位置处生成点8、在点9位置处生成点10、在点11位置处生成点12、在点13位置处生成点14。
然后，使得点5-点4所在直线上的杆件依次连接到点12、点5、点1、点4、点10上，使得点6-点3所在直线上的杆件依次连接到点14、点6、点2、点3、点8上。
最后，分别耦合点1和点2、点7和点8、点9和点10、点11和点12、点13和点14之间三个方向的位移自由度。
运用该方法处理之后，由于共用一个节点梁单元与梁单元自动耦合位移和转角自由度，且共用一个节点的杆单元与梁单元自动耦合位移自由度，点3、点4、点5、点6位置处的平面节点问题得到解决；因为采用梁单元耦合同一位置处两个节点的位移自由度，点1(2)处的平面节点问题也得到解决。
此外需要指出的是，运用本方法进行处理后，点7、点9、点11、点13处的连接方式并没有发生变化，仍然为铰连接，只不过从梁与杆的铰连接转变成梁与梁的铰连接。而点1处的连接方式为：同一直线方向上的杆件为刚性连接，不同直线方向上的杆件为铰连接。点3、点4、点5、点6位置处则是同一直线上的两跟杆件刚性连接，而其他杆件铰接与此。
综上，本发明与现有方案相比，虽然同样也是运用到梁单元，但同一般意义上的梁杆混合单元法相比，本专利所述方法不同之处在于通过建立同一位置处的第二个节点，使不同方向的梁单元连接于这两个节点上，然后耦合其位移自由度，这样就避免了梁单元直接相连产生刚节点的结果，而且杆件的连接方式并没有太大的变化，系统也无需额外增加辅助杆件，相应节点位置处的节点力和位移都便于得出，而且在非线性分析中也能稳定求解。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种适用于空间桁架结构的平面节点耦合处理方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：
(1)针对作为计算分析对象的空间桁架结构，统计出该结构中具有平面节点的所有杆单元，然后将联接于各个平面节点且处于同一直线上的两个杆单元分别模拟为成对的梁单元；
(2)判断上述成对的梁单元彼此之间是否在不同方向上存在相交，当判定不存在相交的情况下，则直接将所述成对的梁单元设定为刚性连接，同时无需生成一个新的节点；在判定存在相交的情况下，在交点的同一位置上相应生成一个新的节点；
(3)将所述在不同方向上存在相交的梁单元依次联接到通过步骤(2)所生成的新的节点之上，然后依次分别绑定同一位置上的两个节点也即原先的交点和新的节点，对三个方向上的位移自由度分别进行耦合，同时实现两者之间的铰连接，由此完成整体的处理过程。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，上述空间桁架结构运用于输电铁塔、大跨度桥梁、厂房、展览馆、体育馆。
CN201810284104.8A 2018-04-02 2018-04-02 一种适用于空间桁架结构的平面节点耦合处理方法 Expired - Fee Related CN108520137B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810284104.8A CN108520137B (zh) 2018-04-02 2018-04-02 一种适用于空间桁架结构的平面节点耦合处理方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810284104.8A CN108520137B (zh) 2018-04-02 2018-04-02 一种适用于空间桁架结构的平面节点耦合处理方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108520137A CN108520137A (zh) 2018-09-11
CN108520137B true CN108520137B (zh) 2020-08-04

Family

ID=63431565

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810284104.8A Expired - Fee Related CN108520137B (zh) 2018-04-02 2018-04-02 一种适用于空间桁架结构的平面节点耦合处理方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108520137B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110795782B (zh) * 2019-09-20 2023-02-17 久瓴(江苏)数字智能科技有限公司 连接节点的生成方法、装置、计算机设备和存储介质
CN113673022B (zh) * 2020-05-15 2024-09-13 中航西飞民用飞机有限责任公司 一种变形结构两点之间相对位移计算方法
CN113152716A (zh) * 2021-03-29 2021-07-23 华东建筑设计研究院有限公司 一种模拟剪切型连梁阻尼器的分析方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103106305A (zh) * 2013-02-01 2013-05-15 北京工业大学 一种基于实测模态的空间网格结构模型分步修正方法
CN103970968A (zh) * 2014-05-28 2014-08-06 清华大学 一种解决离散杆件结构优化中对称性约束的分组方法
CN106326505A (zh) * 2015-06-16 2017-01-11 中国电力科学研究院 一种平面节点处理方法
CN106844915A (zh) * 2017-01-10 2017-06-13 辽宁三三工业有限公司 基于ansys节点耦合的盾构机箱涵吊机梁结构设计方法
CN107858913A (zh) * 2017-10-31 2018-03-30 郑孝群 一种伸展式桁架－刚架结构路桥

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017066466A1 (en) * 2015-10-13 2017-04-20 University Of Notre Dame Du Lac Adjustable modules for variable depth structures

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103106305A (zh) * 2013-02-01 2013-05-15 北京工业大学 一种基于实测模态的空间网格结构模型分步修正方法
CN103970968A (zh) * 2014-05-28 2014-08-06 清华大学 一种解决离散杆件结构优化中对称性约束的分组方法
CN106326505A (zh) * 2015-06-16 2017-01-11 中国电力科学研究院 一种平面节点处理方法
CN106844915A (zh) * 2017-01-10 2017-06-13 辽宁三三工业有限公司 基于ansys节点耦合的盾构机箱涵吊机梁结构设计方法
CN107858913A (zh) * 2017-10-31 2018-03-30 郑孝群 一种伸展式桁架－刚架结构路桥

Also Published As

Publication number Publication date
CN108520137A (zh) 2018-09-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107391793B (zh) 基于3d扫描技术与mr混合现实技术的建筑结构拆除方法
CN108520137B (zh) 一种适用于空间桁架结构的平面节点耦合处理方法
Rian et al. Fractal-based generative design of structural trusses using iterated function system
CN111797451A (zh) 一种基于bim的架空线路模型构建方法
CN103352567A (zh) 超高层门型建筑的施工方法
Beghini Building science through topology optimization
CN118296689B (zh) 一种基于bim技术的装配式钢—混凝土组合结构应用方法
CN117171864B (zh) 一种梁结构线性振动预测方法
CN208309836U (zh) 一种三维相贯铸钢节点构造
CN110704894B (zh) 斜拉桥桥塔地震响应的计算方法
CN115374667B (zh) 基于钢结构施工变形对结构设计性能影响的逆分析方法
Tian et al. Nonlinear time-varying analysis algorithms for modeling the behavior of complex rigid long-span steel structures during construction processes
Prandini et al. Beaver: A parametric design framework for timber engineering
Sadeghian et al. An integrated framework for analysis of mixed-type reinforced concrete structures
CN114996933A (zh) 装配式车站的接头抗弯刚度确定方法、系统、介质及设备
Labonnote et al. Experimental and numerical study of the structural performance of a timber gridshell
Lachauer et al. Compression support structures for slabs
CN111814233A (zh) 基于dynamo创建涵洞精细化BIM模型的方法
Chahade et al. Structural design optimization of multidimensional gridshells: Parametric interaction of architecture, engineering and manufacturing
Pini et al. Beaver: A computational parametric approach for conception, analysis and design of timber structures
Shahi et al. The interaction effects between braces on the SCFs of multiplanar SHS joints
CN114254541B (zh) 一种拱坝全坝面等效应力计算方法及系统
Sheri et al. Stability of single-layer reticulated shells
Bialozor et al. Parametric modelling as a shift of decision-making process in structural engineering
Deschapelles New finite element for analysis of thin-walled structures

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20200804

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee