CN115408888A - 一种钢结构模块化施工中嵌补区域杆件安装模拟方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢结构模块化施工中嵌补区域杆件安装模拟方法，主要包括先把嵌补区杆件与两侧模块进行连结，同时进行刚度、质量的双重弱化，以真实模拟嵌补前整体结构的刚度、质量状态，但通过保留其几何位形信息，使嵌补区和两端模块相连节点可以协同变形，而后再真实赋予嵌补区杆件以真实的刚度及质量，真实模拟实际嵌补过程得到杆件的几何位形。消除了因前面施工造成的位移对后嵌补杆件产生安装残余应力和多余扰度变形，避免杆件分析误差失真，准确模拟了嵌补施工过程，保证仿真模拟与实际施工情况更加一致，更加贴合实际施工情况，进而使得采取的具体措施更加符合实际情况，能够满足实际施工需求并解决实际施工中的问题。
Description
技术领域
本发明涉及建筑模拟施工技术领域，具体涉及一种钢结构模块化施工中嵌补区域杆件安装模拟方法。
背景技术
进行大型建筑的施工时，由于大型建筑本身结构复杂，施工步骤繁多杂乱，一般需要采用仿真模拟施工进行分析研究，发现施工过程中的重点难点，以保证实际施工的顺利进行。
针对采用全模块化施工方法并采用超大钢结构模块进行施工的大型建筑，尤其是对于100*30m的超大型模块，需要经历模块整体拼装、SPMT车运输、SPMT车转运至驳船、模块由驳船转移至SPMT车、模块就位至提升区域、整体提升滑移落位施工、模块嵌补等步骤，存在结构、运输方式和安装工况复杂的情况，需要通过仿真模拟施工发现施工过程中的问题，针对问题采取具体措施来保证实际施工的进行。
针对采用全模块化施工的大型建筑，嵌补施工过程中的仿真模拟分析方法通常采取以下两种方式进行嵌补区域的构件模拟。一是嵌补区杆件单独分组，待两端模块就位后插入单独分组嵌补区部分，此方法无法解决因两端模块产生水平或竖向变形导致的对应节点对位问题，由此导致嵌补区杆件应力应变结果失真。二是待两端模块就位后，手动输入嵌补区杆件；此方法亦面临两端模块变形后对应节点对位问题，需进行节点绝对坐标的导出并逐点修正并记录变形后节点绝对坐标，过程繁琐低效且易出错。本发明提供一种钢结构模块化施工中嵌补区域杆件安装模拟方法解决上述问题。
发明内容
本发明提供一种钢结构模块化施工中嵌补区域杆件安装模拟方法，真实模拟实际嵌补施工过程，模拟结果与实际施工工况相同，保证模拟效果。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种钢结构模块化施工中嵌补区域杆件安装模拟方法，包括以下步骤：
S1，建立模型：在模拟软件中建立钢结构模块模型，增加构造参数，增设模块施工步骤，并对钢结构模块中的杆件赋予属性；
S2，改变杆件属性：对钢结构模块上的支撑杆件的属性进行增减，使其成为刚性杆件；
S3，杆件分组：根据施工阶段的不同，将支撑杆件进行分组；
S4，添加虚化嵌补杆件：在进行模拟施工的提升施工前，在钢结构模块的嵌补区域添加嵌补杆件，并对嵌补杆件的属性进行增减，使得嵌补杆件完成虚化；
S5，提升施工：对添加了嵌补杆件后的钢结构模块进行提升和滑移施工，并记录支撑杆件的位移变化；
S6，嵌补施工：嵌补杆件继承步骤S6中的支撑杆件的位移变化，并对嵌补杆件增加属性使其真实化后进行嵌补施工；
S7，卸载落位施工：完成嵌补施工的钢结构模块转换到永久支撑结构上，完成钢结构模块的卸载落位操作；
S8，记录数据；记录整个模拟施工过程中支撑杆件和嵌补杆件的几何位形变形数据以及应力数据；
S9，重复操作：依次进行后续钢结构模块的施工，根据钢结构模块的施工步骤，按照S2-S7的顺序进行操作，从而完成整个钢结构模块的施工。
进一步地，步骤S1中，杆件属性包括截面面积、截面模量和重量属性，构造参数包括三维几何位形、材料属性、截面特性以及杆件的释放条件和结构支撑点位约束。
进一步地，步骤S2中，支撑杆件的属性设定为无设计强度，使其始终处于刚性状态。
进一步地，步骤S4中，将嵌补杆件的截面面积、截面模量被定义为原始属性的0.01%，而质量重量被定义为0，并将截面面积、截面模量以及质量重量修正系数均设定为1.0，使得嵌补杆件虚化。
进一步地，步骤S4中，嵌补杆件虚化后，不对钢结构模块提供刚度作业，自身也不产生内力，仅跟随支撑杆件进行位移变形。
进一步地，步骤S6中，重新赋予嵌补杆件的原有真实属性，即真实的截面面积、截面模量和重量属性，同时继承S5步骤中支撑杆件的位移变化。
进一步地，步骤S3中，对支撑杆件进行分组用于后续施工操作中，根据具体施工操作进行分组调用和拆除的模拟操作。
进一步地，步骤S5中，钢结构模块先进行提升至标高，然后从支撑支座上转换到滑靴上，进行滑移施工；步骤S7中，完成嵌补施工的钢结构模块从滑靴支撑转换到永久结构支撑上，完成单一钢结构模块的卸载落位。
本发明有益效果如下：
通过先把嵌补区杆件与两侧模块进行连结，同时进行刚度、质量的双重弱化，以真实模拟嵌补前整体结构的刚度、质量状态，但通过保留其几何位形信息，使嵌补区和两端模块相连节点可以协同变形，而后再真实赋予嵌补区杆件以真实的刚度及质量，真实模拟实际嵌补过程得到杆件的几何位形，消除因前面施工造成的位移对后嵌补杆件产生安装残余应力和多余扰度变形，避免杆件分析误差失真，准确模拟了嵌补施工过程，保证仿真模拟与实际施工情况更加一致，进而使得采取的具体措施更加符合实际情况，能够满足实际施工需求并解决实际施工中的问题。
附图说明
图1为本发明的施工方法步骤流程示意图；
图2为本发明的嵌补杆件虚化模拟步骤示意图；
图3为本发明的钢结构模块嵌补结构示意图；
图4为本发明的钢结构模块杆件应力分布示意图；
图5为图4中嵌补区域嵌补杆件位移变形模拟示意图。
具体实施方式
下面将结合说明书附图，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。
在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。
如图1、2、3、4、5所示，一种钢结构模块化施工中嵌补区域杆件安装模拟方法，包括以下步骤：
S1，建立模型：在SAP2000模拟软件中建立钢结构模块模型，钢结构模块模型采用杆件组装而成，增加构造参数，增设模块施工步骤，并对钢结构模块中的杆件赋予属性；
S2，改变杆件属性：对钢结构模块中起到支撑作用且会发生位移变化的杆件定义为支撑杆件，并对钢结构模块上的支撑杆件的属性进行增减，使其成为刚性杆件；
S3，杆件分组：根据施工阶段的不同，将支撑杆件进行分组；
S4，添加虚化嵌补杆件：在进行模拟施工的提升施工前，在钢结构模块的嵌补区域添加嵌补杆件，并对嵌补杆件的属性进行增减，使得嵌补杆件完成虚化；
S5，提升施工：对添加了嵌补杆件后的钢结构模块进行提升和滑移施工，并记录支撑杆件的位移变化；
S6，嵌补施工：嵌补杆件继承步骤S6中的支撑杆件的位移变化，并对嵌补杆件增加属性使其真实化后进行嵌补施工；
S7，卸载落位施工：完成嵌补施工的钢结构模块转换到永久支撑结构上，完成钢结构模块的卸载落位操作；
S8，记录数据；记录整个模拟施工过程中支撑杆件和嵌补杆件的几何位形变形数据以及应力数据；
S9，重复操作：依次进行后续钢结构模块的施工，根据钢结构模块的施工步骤，按照S2-S7的顺序进行操作，从而完成整个钢结构模块的施工。
现在采用的仿真分析方法未能有效解决两端模块在施工过程中产生的水平或竖向变形导致的对应节点对位问题，导致无法准确对位，而且会放大结构内力，采用上述仿真分析方法制定的应对措施具有一定的隐患。本发明采用的先将嵌补杆件连接在嵌补区域，同时进行刚度、质量的双重弱化以真实模拟嵌补前整体结构的刚度、质量状态，但通过保留其几何位形信息，使嵌补区和两端模块相连节点可以协同变形，而后再真实赋予嵌补区杆件以真实的刚度及质量，真实模拟实际嵌补过程。整个模拟过程更加贴合实际施工中杆件的各项状态，各种参数也更加一致，进而产生和实际施工相同的施工问题，模拟过程中发现的重点难点与实际情况相同，针对重点难点的应对措施也更加准确，能够完全满足实际施工要求。
进一步地，步骤S1中，杆件属性包括截面面积、截面模量和重量属性，构造参数包括三维几何位形、材料属性、截面特性以及杆件的释放条件和结构支撑点位约束。
进一步地，步骤S2中，支撑杆件的属性设定为无设计强度，使其始终处于刚性状态，刚性状态能够产生内应力并发生位移变形。
进一步地，步骤S4中，将嵌补杆件的截面面积、截面模量被定义为原始属性的0.01%，而质量重量被定义为0，并将截面面积、截面模量以及质量重量修正系数均设定为1.0，使得嵌补杆件虚化。
如图2所示，进一步地，步骤S4中，嵌补杆件虚化后，不对钢结构模块提供刚度作业，自身也不产生内力，仅跟随支撑杆件进行位移变形。
如图4、5所示，嵌补杆件虚化后，在后续的提升施工过程中，钢结构模块上的支撑杆件与嵌补杆件连接位置处发生位移变形，虚化后的嵌补杆件跟随支撑杆件进行位移变形。
如图2所示，进一步地，步骤S6中，重新赋予嵌补杆件的原有真实属性，即真实的截面面积、截面模量和重量属性，同时继承S5步骤中支撑杆件的位移变化。
进一步地，步骤S3中，不同施工步骤采用不同的支撑点位，支撑点位的不同使得钢结构模块上不同位置的支撑杆件的应力变化及位移变形不同，对支撑杆件进行分组后，在后续施工操作中，根据具体施工操作对不同的支撑杆件进行分组调用和拆除的模拟操作，满足模拟要求。
进一步地，步骤S5中，钢结构模块先进行提升至标高，然后从支撑支座上转换到滑靴上，进行滑移施工；步骤S7中，完成嵌补施工的钢结构模块从滑靴支撑转换到永久结构支撑上，完成单一钢结构模块的卸载落位。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (8)
1.一种钢结构模块化施工中嵌补区域杆件安装模拟方法，其特征是，包括以下步骤：
S1，建立模型：在模拟软件中建立钢结构模块模型，增加构造参数，增设模块施工步骤，并对钢结构模块中的杆件赋予属性；
S2，改变杆件属性：对钢结构模块上的支撑杆件的属性进行增减，使其成为刚性杆件；
S3，杆件分组：根据施工阶段的不同，将支撑杆件进行分组；
S4，添加虚化嵌补杆件：在进行模拟施工的提升施工前，在钢结构模块的嵌补区域添加嵌补杆件，并对嵌补杆件的属性进行增减，使得嵌补杆件完成虚化；
S5，提升施工：对添加了嵌补杆件后的钢结构模块进行提升和滑移施工，并记录支撑杆件的位移变化；
S6，嵌补施工：嵌补杆件继承步骤S6中的支撑杆件的位移变化，并对嵌补杆件增加属性使其真实化后进行嵌补施工；
S7，卸载落位施工：完成嵌补施工的钢结构模块转换到永久支撑结构上，完成钢结构模块的卸载落位操作；
S8，记录数据；记录整个模拟施工过程中支撑杆件和嵌补杆件的几何位形变形数据以及应力数据；
S9，重复操作：依次进行后续钢结构模块的施工，根据钢结构模块的施工步骤，按照S2-S7的顺序进行操作，从而完成整个钢结构模块的施工。
2.根据权利要求1所述的一种钢结构模块化施工中嵌补区域杆件安装模拟方法，其特征是：步骤S1中，杆件属性包括截面面积、截面模量和重量属性，构造参数包括三维几何位形、材料属性、截面特性以及杆件的释放条件和结构支撑点位约束。
3.根据权利要求1所述的一种钢结构模块化施工中嵌补区域杆件安装模拟方法，其特征是：步骤S2中，支撑杆件的属性设定为无设计强度，使其始终处于刚性状态。
4.根据权利要求1所述的一种钢结构模块化施工中嵌补区域杆件安装模拟方法，其特征是：步骤S4中，将嵌补杆件的截面面积、截面模量被定义为原始属性的0.01%，而质量重量被定义为0，并将截面面积、截面模量以及质量重量修正系数均设定为1.0，使得嵌补杆件虚化。
5.根据权利要求1所述的一种钢结构模块化施工中嵌补区域杆件安装模拟方法，其特征是：步骤S4中，嵌补杆件虚化后，不对钢结构模块提供刚度作业，自身也不产生内力，仅跟随支撑杆件进行位移变形。
6.根据权利要求1所述的一种钢结构模块化施工中嵌补区域杆件安装模拟方法，其特征是：步骤S6中，重新赋予嵌补杆件的原有真实属性，即真实的截面面积、截面模量和重量属性，同时继承S5步骤中支撑杆件的位移变化。
7.根据权利要求1所述的一种钢结构模块化施工中嵌补区域杆件安装模拟方法，其特征是：步骤S3中，对支撑杆件进行分组用于后续施工操作中，根据具体施工操作进行分组调用和拆除的模拟操作。
8.根据权利要求1所述的一种钢结构模块化施工中嵌补区域杆件安装模拟方法，其特征是：步骤S5中，钢结构模块先进行提升至标高，然后从支撑支座上转换到滑靴上，进行滑移施工；步骤S7中，完成嵌补施工的钢结构模块从滑靴支撑转换到永久结构支撑上，完成单一钢结构模块的卸载落位。
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