CN112069583A - 有限元同步分析的斜悬挑安全智能施工系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了有限元同步分析的斜悬挑安全智能施工系统及方法,包括已建成结构、斜悬挑结构模板、智能调控拉索、顶端位移测点支架和计算机有限元模型;斜悬挑结构模板安装在已建成结构上,斜悬挑结构模板上设有多个模板侧边拉索穿孔;斜悬挑结构模板的顶端上布置有局部坐标X方向测点、局部坐标Y方向测点、局部坐标Z方向测点;所述智能调控拉索一端与已建成结构上的预埋件连接,另一端与斜悬挑结构模板上设有的多个模板侧边拉索穿孔连接。本发明通过在施工前建立有限元结构模型和三维六自由度的斜拉索体系,得出合适的斜拉索拉力,通过计算机有限元模型不断对拉力值进行实时调节,从而进一步提高施工的安全性和施工进度。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程施工技术领域,具体为有限元同步分析的斜悬挑安全智能施工系统及方法。
背景技术
在大型公共建筑中,一些体育馆的看台,或者建筑的特殊造型需要会存在一些斜悬挑结构,斜悬挑结构不同于普通悬挑结构,在施工过程中,斜悬挑结构在混凝土浇筑过程中,不仅存在巨大的竖向力作用,还有非常大的水平荷载作用,常规的支撑模板在施工过程中非常麻烦,并且由于平台支撑结构对竖向荷载抵抗能力高,但对水平推力的抵抗能力非常弱,特别是常规的脚手架体系,由于其基础形式为浮放,难以承担如此大的荷载,这造成了施工的不安全性和人力物力的巨大消耗。
为了解决上述情形中的问题,经过大量的试验研究和理论分析发现,利用斜拉索体系,可以将斜悬挑体系施工过程中的水平推力转化为拉索的拉力,然后转换到已建成结构上,但是仅仅这样,这种体系还有重大缺陷,因为多根拉索建立的体系为超静定体系,内部就存在滥竽充数的拉索,这些拉索对整体模板体系的受力平衡可能影响不大,但是他们会导致局部模板体系失衡,导致局部尺寸不准确,极端情况下,也会引起整体模板体系的各个击破现象;第二,在施工过程中,混凝土浇筑过程是一个逐步的过程,很多情况下是分段浇筑的,因此受力是逐步的,而拉索提前预紧会导致模板体系受到过大的变形,并且会导致构件的施工精度难以控制。因此,最好的办法是根据浇筑过程中的荷载逐步拉动拉索,反馈拉索实际受力,排除滥竽充数的情况,并且控制关键位移指标,来达到需要的施工精度。
关键位移指标一般位于模板的顶点,一般情况下,控制竖向和水平位移即可,但是对于斜悬挑结构,为进一步提高施工安全性和施工精度,需要不仅对构件的顶点三个平动自由度,还要对剩下的三个旋转自由度都进行测量并控制,特别是沿着构件轴线的扭转自由度,此扭转过大,会导致施工模板体系的失效,造成安全事故。
专利公开号CN102936962A公开了一种采用临时钢架支撑的倾斜悬挑钢结构施工方法,在安装倾斜悬挑钢桁架时,采用钢框架搭建临时支撑结构,将桁架拆分为若干个吊装单元分段吊装,在分段节点处下方布置临时支撑,并在临时支撑上部,安装转换结构,使钢桁架在非受力状态下吊装后焊接组装,最后,拆除转换结构和临时支撑。该专利的目的是为了提高桁架准确就位和安装精度,适用于大跨度、大重量及大倾斜角度的悬挑钢结构中;其并未涉及如何实现对混凝土泵的流量进行监测,以及自动对拉索的张力进行调节的相关技术特征。
发明内容
本发明的目的在于提供有限元同步分析的斜悬挑安全智能施工系统及方法,通过在施工前建立有限元结构模型和三维六自由度的斜拉索体系,得出合适的斜拉索拉力,通过计算机有限元模型不断对拉力值进行实时调节,从而进一步提高施工的安全性和施工进度,以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
有限元同步分析的斜悬挑安全智能施工系统,包括已建成结构、斜悬挑结构模板、智能调控拉索、顶端位移测点支架和计算机有限元模型;所述斜悬挑结构模板安装在已建成结构上,斜悬挑结构模板上设有多个模板侧边拉索穿孔;所述斜悬挑结构模板的顶端上布置有局部坐标X方向测点、局部坐标Y方向测点、局部坐标Z方向测点;
所述智能调控拉索一端与已建成结构上的预埋件连接,另一端与斜悬挑结构模板上设有的多个模板侧边拉索穿孔连接;
所述计算机有限元模型通过计算机一端与智能调控拉索建立通讯连接,另一端与局部坐标X方向测点、局部坐标Y方向测点和局部坐标Z方向测点上相对位置设置的位移传感器建立数据通讯连接。
更进一步地,所述局部坐标X方向测点、局部坐标Y方向测点均至少布置一个测点,局部坐标X方向测点、局部坐标Y方向测点至少有一个布置两组有相对距离的测点;局部坐标Z方向测点在斜悬挑结构模板的四角至少布置三组。
更进一步地,所述局部坐标X方向测点、局部坐标Y方向测点和局部坐标Z方向测点上相对设置有位移传感器,位移传感器采用市面上的顶杆或者拉线位移传感器,传感器安装在顶端位移测点支架上。
更进一步地,所述智能调控拉索为根据方程计算出的拉力可调设备,智能调控拉索对称设置,分别向两边斜拉。
更进一步地,所述智能调控拉索包括液压缸、拉索和液压活塞;拉索的一端与液压活塞连接,液压活塞受控于液压缸。
本发明提供另一种技术方案:有限元同步分析的斜悬挑安全智能施工系统的施工方法,包括以下步骤:
第一步:施工前,首先获得有限元建模所需的预建斜悬挑结构的尺寸参数、浇筑混凝土流量、斜拉体系参数等数据;
第二步:根据这些数据在计算机上建立带有斜拉索体系的斜悬挑结构的有限元模型,并初步获得任意时刻斜拉索体系的合适拉力值;
第三步:将此数值输入到拉索力输出设备里即为智能调控拉索的控制设备里,通过液压设备输出拉索拉力,同时,顶端的位移传感器时刻监测,反馈多点测得的局部坐标系下的位移数据,传递给计算机有限元模型进行分析,判断位移条件与力学平衡方程是否满足要求;
第四步:如果满足要求,即可保持拉索拉力不变;如果不满足要求,根据反馈的最新参数,在计算机有限元模型中重新进行计算重复进入步骤一,将迭代出的新拉索拉力输入到拉索力输出设备中,重复步骤二-步骤三的过程,循环,一直满足要求后,退出,保持拉索拉力不变;
第五步:继续施工,再进入步骤一,依次循环,直至浇筑完成。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明提供的有限元同步分析的斜悬挑安全智能施工系统及方法,通过在施工前建立有限元结构模型和三维六自由度的斜拉索体系,得出合适的斜拉索拉力,通过计算机有限元模型不断对拉力值进行实时调节,从而进一步提高施工的安全性和施工进度。
附图说明
图1为本发明的施工系统的轴测图;
图2为本发明的施工系统的正立面图;
图3为本发明的施工系统的平面图;
图4为本发明的斜悬挑结构模板轴侧图;
图5为本发明的斜悬挑结构模板立面图;
图6为本发明的斜悬挑结构模板平面图;
图7为本发明的斜悬挑结构模板顶端的位移测点布置图;
图8为本发明的智能调控拉索轴侧图;
图9为本发明的智能调控拉索剖面图;
图10为本发明的施工方法流程图。
图中:1、已建成结构;2、斜悬挑结构模板;201、模板侧边拉索穿孔;202、局部坐标X方向测点;203、局部坐标Y方向测点;204、局部坐标Z方向测点;3、智能调控拉索;301、液压缸;302、拉索;303、液压活塞;4、顶端位移测点支架;5、计算机有限元模型。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例一:
请参阅图1-9,本发明实施例中:提供有限元同步分析的斜悬挑安全智能施工系统,包括已建成结构1、斜悬挑结构模板2、智能调控拉索3、顶端位移测点支架4和计算机有限元模型5;斜悬挑结构模板2安装在已建成结构1上,斜悬挑结构模板2上设有多个模板侧边拉索穿孔201;斜悬挑结构模板2的顶端上布置有局部坐标X方向测点202、局部坐标Y方向测点203、局部坐标Z方向测点204。
其中,智能调控拉索3一端与已建成结构1上的预埋件连接,另一端与斜悬挑结构模板2上设有的多个模板侧边拉索穿孔201连接。
计算机有限元模型5通过计算机一端与智能调控拉索3建立通讯连接,另一端与局部坐标X方向测点202、局部坐标Y方向测点203和局部坐标Z方向测点204上相对位置设置的位移传感器建立数据通讯连接。
在上述实施例中,局部坐标X方向测点202、局部坐标Y方向测点203均至少布置一个测点,局部坐标X方向测点202、局部坐标Y方向测点203至少有一个布置两组有相对距离的测点;局部坐标Z方向测点204在斜悬挑结构模板2的四角至少布置三组,其中,局部坐标X方向测点202、局部坐标Y方向测点203和局部坐标Z方向测点204上相对设置有位移传感器,位移传感器采用市面上的顶杆或者拉线位移传感器,传感器安装在顶端位移测点支架4上,根据这些位移传感器的传感结果,不仅可以测出斜悬挑结构模板2顶端三维的平动位移,还可以测量出斜悬挑结构模板2顶端的三个旋转位移分量。
在上述实施例中,智能调控拉索3为根据方程计算出的拉力可调设备,智能调控拉索3对称设置,分别向两边斜拉,来保证平衡以及斜悬挑结构模板2的轴向的扭转位移;智能调控拉索3可采用液压传动装置、伺服电机旋转螺栓传动设备以及电动花篮螺栓传动装置等设备,为常规的设备,本实施例采用液压传动设备做介绍,其智能调控拉索3包括液压缸301、拉索302和液压活塞303;拉索302的一端与液压活塞303连接,液压活塞303受控于液压缸301,液压活塞303在液压控制系统的作用下,在液压缸301中移动,对拉索302施加力和位移,运行过程中,设备可对拉索302进行测力和测位移。
风荷载,自重荷载等,可根据混凝土流量以及风速情况,可体现在荷载向量{F}中。
系统结构的密度,弹性模量,尺寸,刚度,阻尼等参数可以体现在[M]、[C]、[K]中,通过这个方程就可以实现对智能系统的全过程控制,但是,由于尺寸误差和材料性能的误差、非线性等因素,模型建立的[M]、[C]、[K]的精度可进一步提高。
首先有限元建模后的生成[M0]、[C0]、[K0]矩阵,其中,调整[K]矩阵最为重要,因为施工的时候荷载以静荷载为主,[M]、[C]矩阵变化引起的差异较小;计算在第一步荷载下的结构理论变形第一步实际荷载下结构变形根据等效线性化原理,调整材料的弹性模型,使得,理论计算的变形和实际变形的差别小于设定容差,获得了新的刚度矩阵[K1],以此来进行后续工作,也同步修改第n步的刚度矩阵[Kn];这样情况下,可显著控制工程误差。
请参阅图10,本发明提供另一种技术方案:有限元同步分析的斜悬挑安全智能施工系统的施工方法,包括以下步骤:
第一步:施工前,首先获得有限元建模所需的预建斜悬挑结构的尺寸参数、浇筑混凝土流量、斜拉体系参数等数据;
第二步:根据这些数据在计算机上建立带有斜拉索体系的斜悬挑结构的有限元模型,并初步获得任意时刻斜拉索体系的合适拉力值;
第三步:将此数值输入到拉索力输出设备里即为智能调控拉索3的控制设备里,通过液压设备输出拉索拉力,同时,顶端的位移传感器时刻监测,反馈多点测得的局部坐标系下的位移数据,传递给计算机有限元模型5进行分析,判断位移条件与力学平衡方程是否满足要求;
第四步:如果满足要求,即可保持拉索302拉力不变;如果不满足要求,根据反馈的最新参数,在计算机有限元模型5中重新进行计算重复进入步骤一,将迭代出的新拉索302拉力输入到拉索力输出设备中,重复步骤二-步骤三的过程,循环,一直满足要求后,退出,保持拉索302拉力不变;
第五步:继续施工,再进入步骤一,依次循环,直至浇筑完成。
由上可知:实施例一可实现通过在施工前建立有限元结构模型和三维六自由度的斜拉索体系,得出合适的斜拉索拉力,通过计算机有限元模型5不断对拉力值进行实时调节,从而进一步提高施工的安全性和施工进度。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.有限元同步分析的斜悬挑安全智能施工系统,其特征在于,包括已建成结构(1)、斜悬挑结构模板(2)、智能调控拉索(3)、顶端位移测点支架(4)和计算机有限元模型(5);所述斜悬挑结构模板(2)安装在已建成结构(1)上,斜悬挑结构模板(2)上设有多个模板侧边拉索穿孔(201);所述斜悬挑结构模板(2)的顶端上布置有局部坐标X方向测点(202)、局部坐标Y方向测点(203)、局部坐标Z方向测点(204);
所述智能调控拉索(3)一端与已建成结构(1)上的预埋件连接,另一端与斜悬挑结构模板(2)上设有的多个模板侧边拉索穿孔(201)连接;
所述计算机有限元模型(5)通过计算机一端与智能调控拉索(3)建立通讯连接,另一端与局部坐标X方向测点(202)、局部坐标Y方向测点(203)和局部坐标Z方向测点(204)上相对位置设置的位移传感器建立数据通讯连接。
2.如权利要求1所述的有限元同步分析的斜悬挑安全智能施工系统,其特征在于:所述局部坐标X方向测点(202)、局部坐标Y方向测点(203)均至少布置一个测点,局部坐标X方向测点(202)、局部坐标Y方向测点(203)至少有一个布置两组有相对距离的测点;局部坐标Z方向测点(204)在斜悬挑结构模板(2)的四角至少布置三组。
3.如权利要求2所述的有限元同步分析的斜悬挑安全智能施工系统,其特征在于:所述局部坐标X方向测点(202)、局部坐标Y方向测点(203)和局部坐标Z方向测点(204)上相对设置有位移传感器,位移传感器采用市面上的顶杆或者拉线位移传感器,传感器安装在顶端位移测点支架(4)上。
4.如权利要求1所述的有限元同步分析的斜悬挑安全智能施工系统,其特征在于:所述智能调控拉索(3)为根据方程计算出的拉力可调设备,智能调控拉索(3)对称设置,分别向两边斜拉。
5.如权利要求1所述的有限元同步分析的斜悬挑安全智能施工系统,其特征在于:所述智能调控拉索(3)包括液压缸(301)、拉索(302)和液压活塞(303);拉索(302)的一端与液压活塞(303)连接,液压活塞(303)受控于液压缸(301)。
6.如权利要求1所述的有限元同步分析的斜悬挑安全智能施工系统的施工方法,其特征在于,包括以下步骤:
第一步:施工前,首先获得有限元建模所需的预建斜悬挑结构的尺寸参数、浇筑混凝土流量、斜拉体系参数等数据;
第二步:根据这些数据在计算机上建立带有斜拉索体系的斜悬挑结构的有限元模型,并初步获得任意时刻斜拉索体系的合适拉力值;
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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