CN116561880B - 一种异形钢结构的安装分析方法 - Google Patents

一种异形钢结构的安装分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种异形钢结构的安装分析方法，其包括以下步骤：得到异形钢结构的三维模型，输入有限元分析软件中，并在三维模型上确定异形钢结构的安装面、承载面和功能面；建立安装坐标系，获取每个承载点和功能点在安装坐标系内的坐标；得到承载面和功能面在不同安装载荷条件下的变形系数组；建立安装稳定性的评估模型，利用变形系数l c 、l g 计算稳定性评估系数p；定义稳定性评估系数的参考范围，评估安装效果以及规划安装方案。通过对安装面、承载面和功能面稳定性的评估能进一步评估出异形钢结构整体的稳定性，方便为异形钢结构在安装施工过程中提供参考依据，确保异形钢结构安装使用过程中的稳定性和安全性。

Description

一种异形钢结构的安装分析方法
技术领域
本发明涉及异形钢结构安装技术领域，具体涉及一种异形钢结构的安装分析方法。
背景技术
异形钢结构的安装及后期施工过程较为复杂，由于异形钢结构大多不是标准件，在安装施工之前，评估其稳定性显得尤为关键。因此，在异形钢结构施工之前，需全面考虑异形钢结构的安装稳定性以及承载稳定性，尽量避免重复搭拆，并且一般异形钢结构体型庞大，安装工程复杂，为确保安装使用过程中的稳定，急需一种在安装施工之前能评估其稳定性的异形钢结构的安装分析方法。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种结合不同安装工况下的载荷对稳定性进行分析的异形钢结构的安装分析方法。
为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：
提供一种异形钢结构的安装分析方法，其包括以下步骤：
S1：取待安装的异形钢结构，在异形钢结构的吊装面上选择吊装点，并利用吊装点将异形钢结构吊起自然悬空；
S2：利用3D扫描技术扫描悬空的异形钢结构，得到异形钢结构的三维模型，输入有限元分析软件中，并在三维模型上确定异形钢结构的安装面、承载面和功能面；
S3：以安装面的中心为原点，建立安装坐标系，并在承载面上均匀设置n个承载点，在功能面上均匀设置m个功能点，并获取每个承载点和功能点在安装坐标系内的坐标a(x a0,y a0,z a0)、b(x b0,y b0,z b0)，其中，a为承载点，b为功能点；
S4：向安装面施加不同工况条件下的安装载荷，得到承载面和功能面在不同安装载荷条件下的变形系数组；
S5：建立安装稳定性的评估模型，利用变形系数计算稳定性评估系数p：
；
其中，为承载面的变形系数组/>中第e个变形系数，/>为功能面的变形系数组/>中第e个变形系数，/>为承载面上允许的变形系数，为功能面上允许的变形系数，r和k分别为承载面和功能面对异形钢结构安装稳定性的影响系数。
S6：定义稳定性评估系数的参考范围(p min ,p max )，评估安装效果以及规划安装方案：
若p＜p min ，则该异形钢结构在安装使用过程中完全不稳定，需要重新设计异形钢结构；
若p min ≤p＜p max ，则该异形钢结构在安装使用过程中可能不稳定，需要在承载面和功能面上添加强化结构件，来增加安装使用过程中该异形钢结构的稳定性；
若p max ≤p，则该异形钢结构在安装使用过程中足够稳定，可以直接安装使用。
进一步地，步骤S4包括：
S41：向安装面施加安装载荷F，获取此时每个承载点和功能点的坐标a(x a1,y a1,z a1)、b(x b1,y b1,z b1)，计算每个承载点和功能点在安装载荷F条件下的位移量：
；
其中，为承载点的位移量，/>为功能点的位移量；
S42：计算承载面上的最大变化量：/>，其中，/>为承载点中的位移量的最大值，/>为承载点中的位移量的最小值；
计算功能面上的最大位移量：/>，其中，/>为功能点中的位移量的最大值，/>为功能点中的位移量的最小值；
S43：计算n个承载点位移量的平均值、功能点位移量的平均值/>：
、/>；
其中，为任意承载点或功能点；
S44：计算承载面和功能面在安装载荷F条件下的变形系数；
、/>；
S45：根据异形钢结构需要安装的不同工况条件，设置不同的安装载荷(F 1,F 2,...,F e )，e为工况条件的数量，并将每个安装载荷均输出步骤S4中，执行步骤S4-S6，得到承载面和功能面在不同安装载荷条件下的变形系数组。
进一步地，步骤S2中在异形钢结构上确定安装面、承载面和功能面的方法为：
S21：将三维模型的表面划分成若干面积相等的测试块，设置可作为安装面、承载面的测试载荷F 安装、F 承载；
S22：遍历每个测试块，测试载荷F 安装分别施加在每块测试块上，获取每块测试块的位移量，其中，(x 0,y 0,z 0)为未施加载荷时测试块的中点坐标，(x 1,y 1,z 1)为施加载荷时测试块的中点坐标；
S23：将位移量小于位移量阈值的测试块作上安装标记，所有相连的具有安装标记的测试块作为拟安装区域，计算每个拟安装区域的面积S 1：/>，并将最大面积的拟安装区域所在的面作为安装面，s为测试块的面积，j为拟安装区域中含有的测试块数量；
S24：遍历每个测试块，测试载荷F 承载分别施加在每块测试块上，并将能承受F 承载载荷的测试块作上承载标记，所有相连的具有承载标记的测试块作为拟承载区域，计算拟承载区域的面积S 2：，并将最大面积的拟承载区域所在的面作为承载面，v为拟承载区域中含有的测试块数量；
若承载面与安装面位于同一面，则根据面积从大至小依次筛选拟承载区域，直到找出拟承载区域与安装面不在同一面，则该拟承载区域所在的面作为承载面；
S25：结合步骤S23和S24确定的安装面与承载面，将安装面与承载面之间的面作为功能面。
本发明的有益效果为：本发明通过建立异形钢结构的三维模型，通过在三维模型上进行载荷模拟，能有效模拟出异形钢结构在安装载荷下、承载载荷下的稳定性，并能精确的筛选出具有足够稳定性的安装面、承载面和功能面，使得装面、承载面和功能面的布局合理，通过对安装面、承载面和功能面稳定性的评估能进一步评估出异形钢结构整体的稳定性，方便为异形钢结构在安装施工过程中提供参考依据，确保异形钢结构安装使用过程中的稳定性和安全性。
附图说明
图1为异形钢结构的安装分析方法的流程图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，本方案的异形钢结构的安装分析方法包括以下步骤：
S1：取待安装的异形钢结构，在异形钢结构的吊装面上选择吊装点，并利用吊装点将异形钢结构吊起自然悬空；
S2：利用3D扫描技术扫描悬空的异形钢结构，得到异形钢结构的三维模型，输入有限元分析软件中，并在三维模型上确定异形钢结构的安装面、承载面和功能面；步骤S2中在异形钢结构上确定安装面、承载面和功能面的方法为：
S21：将三维模型的表面划分成若干面积相等的测试块，设置可作为安装面、承载面的测试载荷F 安装、F 承载；
S22：遍历每个测试块，测试载荷F 安装分别施加在每块测试块上，获取每块测试块的位移量，其中，(x 0,y 0,z 0)为未施加载荷时测试块的中点坐标，(x 1,y 1,z 1)为施加载荷时测试块的中点坐标；
S23：将位移量小于位移量阈值的测试块作上安装标记，所有相连的具有安装标记的测试块作为拟安装区域，计算每个拟安装区域的面积S 1：/>，并将最大面积的拟安装区域所在的面作为安装面，s为测试块的面积，j为拟安装区域中含有的测试块数量；
S24：遍历每个测试块，测试载荷F 承载分别施加在每块测试块上，并将能承受F 承载载荷的测试块作上承载标记，所有相连的具有承载标记的测试块作为拟承载区域，计算拟承载区域的面积S 2：，并将最大面积的拟承载区域所在的面作为承载面，v为拟承载区域中含有的测试块数量；
若承载面与安装面位于同一面，则根据面积从大至小依次筛选拟承载区域，直到找出拟承载区域与安装面不在同一面，则该拟承载区域所在的面作为承载面；
S25：结合步骤S23和S24确定的安装面与承载面，将安装面与承载面之间的面作为功能面。
S3：以安装面的中心为原点，建立安装坐标系，并在承载面上均匀设置n个承载点，在功能面上均匀设置m个功能点，并获取每个承载点和功能点在安装坐标系内的坐标a(x a0,y a0,z a0)、b(x b0,y b0,z b0)，其中，a为承载点，b为功能点；
S4：向安装面施加不同工况条件下的安装载荷，得到承载面和功能面在不同安装载荷条件下的变形系数组；步骤S4包括：
S41：向安装面施加安装载荷F，获取此时每个承载点和功能点的坐标a(x a1,y a1,z a1)、b(x b1,y b1,z b1)，计算每个承载点和功能点在安装载荷F条件下的位移量：
；
其中，为承载点的位移量，/>为功能点的位移量；
S42：计算承载面上的最大变化量：/>，其中，/>为承载点中的位移量的最大值，/>为承载点中的位移量的最小值；
计算功能面上的最大位移量：/>，其中，/>为功能点中的位移量的最大值，/>为功能点中的位移量的最小值；
S43：计算n个承载点位移量的平均值、功能点位移量的平均值/>：
、/>；
其中，为任意承载点或功能点；
S44：计算承载面和功能面在安装载荷F条件下的变形系数；
、/>；
S45：根据异形钢结构需要安装的不同工况条件，设置不同的安装载荷(F 1,F 2,...,F e )，e为工况条件的数量，并将每个安装载荷均输出步骤S4中，执行步骤S4-S6，得到承载面和功能面在不同安装载荷条件下的变形系数组。
S5：建立安装稳定性的评估模型，利用变形系数计算稳定性评估系数p：
其中，为承载面的变形系数组/>中第e个变形系数，/>为功能面的变形系数组/>中第e个变形系数，/>为承载面上允许的变形系数，为功能面上允许的变形系数，r和k分别为承载面和功能面对异形钢结构安装稳定性的影响系数；
S6：定义稳定性评估系数的参考范围(p min ,p max )，评估安装效果以及规划安装方案：
若p＜p min ，则该异形钢结构在安装使用过程中完全不稳定，需要重新设计异形钢结构；
若p min ≤p＜p max ，则该异形钢结构在安装使用过程中可能不稳定，需要在承载面和功能面上添加强化结构件，来增加安装使用过程中该异形钢结构的稳定性；
若p max ≤p，则该异形钢结构在安装使用过程中足够稳定，可以直接安装使用。
本发明通过建立异形钢结构的三维模型，通过在三维模型上进行载荷模拟，能有效模拟出异形钢结构在安装载荷下、承载载荷下的稳定性，并能精确的筛选出具有足够稳定性的安装面、承载面和功能面，使得装面、承载面和功能面的布局合理，通过对安装面、承载面和功能面稳定性的评估能进一步评估出异形钢结构整体的稳定性，方便为异形钢结构在安装施工过程中提供参考依据，确保异形钢结构安装使用过程中的稳定性和安全性。

Claims (3)

1.一种异形钢结构的安装分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：取待安装的异形钢结构，在异形钢结构的吊装面上选择吊装点，并利用吊装点将异形钢结构吊起自然悬空；
S2：利用3D扫描技术扫描悬空的异形钢结构，得到异形钢结构的三维模型，输入有限元分析软件中，并在三维模型上确定异形钢结构的安装面、承载面和功能面；
S3：以安装面的中心为原点，建立安装坐标系，并在承载面上均匀设置n个承载点，在功能面上均匀设置m个功能点，并获取每个承载点和功能点在安装坐标系内的坐标a(x a0,y a0,z a0)、b(x b0,y b0,z b0)，其中，a为承载点，b为功能点；
S4：向安装面施加不同工况条件下的安装载荷，得到承载面和功能面在不同安装载荷条件下的变形系数组；
S5：建立安装稳定性的评估模型，利用变形系数计算稳定性评估系数p；
所述安装稳定性的评估模型为：
；
其中，为承载面的变形系数组/>中第e个变形系数，/>为功能面的变形系数组/>中第e个变形系数，/>为承载面上允许的变形系数，/>为功能面上允许的变形系数，r和k分别为承载面和功能面对异形钢结构安装稳定性的影响系数；
S6：定义稳定性评估系数的参考范围(p min ,p max )，评估安装效果以及规划安装方案：
若p＜p min ，则该异形钢结构在安装使用过程中完全不稳定，需要重新设计异形钢结构；
若p min ≤p＜p max ，则该异形钢结构在安装使用过程中可能不稳定，需要在承载面和功能面上添加强化结构件，来增加安装使用过程中该异形钢结构的稳定性；
若p max ≤p，则该异形钢结构在安装使用过程中足够稳定，可以直接安装使用。
2.根据权利要求1所述的异形钢结构的安装分析方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
S41：向安装面施加安装载荷F，获取此时每个承载点和功能点的坐标a(x a1,y a1,z a1)、b(x b1,y b1,z b1)，计算每个承载点和功能点在安装载荷F条件下的位移量：
；
其中，为承载点的位移量，/>为功能点的位移量；
S42：计算承载面上的最大变化量，其中，/>为承载点中的位移量的最大值，/>为承载点中的位移量的最小值；
计算功能面上的最大位移量，其中，/>为功能点中的位移量的最大值，/>为功能点中的位移量的最小值；
S43：计算n个承载点位移量的平均值、功能点位移量的平均值/>：
；
其中，为任意承载点或功能点；
S44：计算承载面和功能面在安装载荷F条件下的变形系数；
；
S45：根据异形钢结构需要安装的不同工况条件，设置不同的安装载荷(F 1,F 2,...,F e )，e为工况条件的数量，并将每个安装载荷均输入步骤S41中，执行步骤S41-S44，得到承载面和功能面在不同安装载荷条件下的变形系数组。
3.根据权利要求1所述的异形钢结构的安装分析方法，其特征在于，所述步骤S2中在异形钢结构上确定安装面、承载面和功能面的方法为：
S21：将三维模型的表面划分成若干面积相等的测试块，设置可作为安装面、承载面的测试载荷F 安装、F 承载；
S22：遍历每个测试块，测试载荷F 安装分别施加在每块测试块上，获取每块测试块的位移量，其中，(x 0,y 0,z 0)为未施加载荷时测试块的中点坐标，(x 1,y 1,z 1)为施加载荷时测试块的中点坐标；
S23：将位移量小于位移量阈值的测试块作上安装标记，所有相连的具有安装标记的测试块作为拟安装区域，计算每个拟安装区域的面积S 1：/>，并将最大面积的拟安装区域所在的面作为安装面，s为测试块的面积，j为拟安装区域中含有的测试块数量；
S24：遍历每个测试块，测试载荷F 承载分别施加在每块测试块上，并将能承受F 承载载荷的测试块作上承载标记，所有相连的具有承载标记的测试块作为拟承载区域，计算每个拟承载区域的面积S 2：，并将最大面积的拟承载区域所在的面作为承载面，v为拟承载区域中含有的测试块数量；
若承载面与安装面位于同一面，则根据面积从大至小依次筛选拟承载区域，直到找出拟承载区域与安装面不在同一面，则该拟承载区域所在的面作为承载面；
S25：结合步骤S23和S24确定的安装面与承载面，将安装面与承载面之间的面作为功能面。
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