CN116842624B - 一种风吸作用下钢屋盖与支撑塔架竖向力控制模拟方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种风吸作用下钢屋盖与支撑塔架竖向力控制模拟方法，通过建立铰接弹簧的分析模型进行线性分析，计算查看点弹簧内力、出现拉力位置的铰接点弹簧修改为拉力释放点弹簧，进行非线性分析迭代、最终迭代完成，点弹簧均受压，验算屋盖结构的应力和变形的操作步骤真实模拟在大风或台风作用下钢结构屋盖与部分支撑架脱离状态下屋盖的受力和变形状态，支撑架只需要考虑受压状态，从而简化了支撑架节点构造，降低了支撑架下部基础抗拔的设计要求。
Description
技术领域
本发明涉及建筑施工模拟分析技术领域，具体涉及一种风吸作用下钢屋盖与支撑塔架竖向力控制模拟方法。
背景技术
大跨钢屋盖在高空散拼安装施工过程中需要设置临时塔架提供支撑，常规支撑塔架与屋盖连接构造只能提供竖向压力和侧向水平力，而无法提供竖向拉力。但是在沿海地区的大风或台风工况下，支撑架与屋盖之间的相互作用受力极为复杂，在风吸作用下会导致部分支撑架与屋盖结构会出现脱离，进而导致屋盖受力重分布，进而影响屋盖临时放置的安全性。
因此需要针对屋盖和支撑架之间的受力情况进行分析，避免屋盖在风吸作用下产生拉力。现有的内力分析方式主要包括两种，一种是在计算模拟时采用弹性连接单元来模拟支撑架与屋盖的连接关系，其中弹性连接单元弹性刚度按照支撑架计算刚度取值，并且将弹性连接单元的底端设置为铰接。但是实际分析时需要考虑支撑架和钢结构屋盖之间的竖向刚度耦合作用，导致节点构造较为复杂，并且竖向力既可能出现压力也可能出现拉力，而竖向力为拉力时需要保证支撑架的设置能够满足受拉需求，那么进行设计时需要提升支撑架的基础抗拔设计要求。另一种是在计算模拟时建立支撑架与屋盖的整体模型，支撑架顶部通过竖向短杆与屋盖连接，短杆底端设置为铰接。此方法支撑架设计建模工作量大，且短杆内力同样可能出现拉力。上述两种分析方法都较为繁琐，并且都需要考虑支撑架的受力工况，导致支撑架的结构设计和安装都较为复杂。本发明提供一种风吸作用下钢屋盖与支撑塔架竖向力控制模拟方法解决上述问题。
发明内容
本发明提供一种风吸作用下钢屋盖与支撑塔架竖向力控制模拟方法，得出支撑塔架只受压不受拉时屋盖结构的数据参数，对屋盖进行设计修改，使得实际施工时支撑塔架只考虑受压工况，进而降低设计的复杂程度。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种风吸作用下钢屋盖与支撑塔架竖向力控制模拟方法，包括以下步骤：
S1，建立模型：在模拟软件中建立钢屋盖和支撑塔架的模型，增加构造参数；
S2，添加约束：将支撑塔架对钢屋盖的支承点设置为铰接点弹簧约束；
S3，施加载荷：在模型中对钢屋盖添加自重载荷，作为初始工况，在模型中施加含风荷载的非线性载荷，形成组合工况；
S4，验算内力：运行模型进行计算，在计算结果中查看点弹簧的内力情况；
S5，拉力释放：将步骤S4中的计算结果中所有出现拉力的铰接点弹簧更改为拉力释放点弹簧，使得计算结果中的铰接点弹簧均为受压状态；
S6，二次验算：运行步骤S5中的点弹簧约束模型进行计算，在计算结果中查看点弹簧的内力情况；
S7，二次拉力释放：将步骤S6中的计算结果中所有出现拉力的铰接点弹簧更改为拉力释放点弹簧，使得计算结果中的铰接点弹簧均为受压状态；
S8，重复验算：按照S6-S7的操作进行重复迭代操作，直至计算结果中的铰接点弹簧均为受压状态，完成验算；
S9，输出验算结果：根据步骤S8的验算结果，得出全受压状态下的钢屋盖的应力分布和结构变形数据。
进一步地，步骤S2中，铰接点弹簧在竖向方向受力为受拉力和受压力，步骤S5中，拉力释放点弹簧在竖向方向受力为受压力，不受拉力。
进一步地，步骤S1中，支撑塔架与钢屋盖的支承点简化为点弹簧约束，并在步骤S2中将点弹簧设置为铰接点弹簧。
进一步地，步骤S1中，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S1中，点弹簧约束的受力为x、y、z三个方向。
本发明有益效果如下：
在屋盖支撑点位置添加可进行拉力释放的点弹簧单元，采用非线性组合工况进行分析，真实模拟在大风或台风作用下钢结构屋盖与部分支撑架脱离状态下屋盖的受力和变形状态，支撑架只需要考虑受压状态，从而简化了支撑架节点构造，降低了支撑架下部基础抗拔的设计要求，最终得到屋盖结构应力比和变形，进而对屋盖的设计施工起到辅助作用。
附图说明
图1为本发明的模拟流程示意图；
图2为本发明的钢屋盖与支撑塔架采用铰接点弹簧约束示意图；
图3为本发明的钢屋盖结构变形状态示意图。
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。
在本发明的描述中，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发明和简化描述，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发明的限制。
如图1、2、3所示，一种风吸作用下钢屋盖与支撑塔架竖向力控制模拟方法，包括以下步骤：
S1，建立模型：在SAP2000软件模拟软件中建立钢屋盖和支撑塔架的三维杆件模型，增加构造参数；
S2，添加约束：将支撑塔架对钢屋盖的支承点设置为铰接点弹簧约束；
S3，施加载荷：在模型中对钢屋盖添加自重载荷，作为初始工况，在模型中施加含风荷载的非线性载荷，形成组合工况；
S4，验算内力：运行软件对模型进行计算，在计算结果中查看点弹簧的内力情况；
S5，拉力释放：将步骤S4中的计算结果中所有出现拉力的铰接点弹簧更改为拉力释放点弹簧，使得计算结果中的所有铰接点弹簧均为受压状态；
S6，二次验算：运行步骤S5中经过拉力释放后的点弹簧约束模型进行计算，在计算结果中查看点弹簧的内力情况；
S7，二次拉力释放：将步骤S6中的计算结果中所有出现拉力的铰接点弹簧更改为拉力释放点弹簧，使得计算结果中的所有铰接点弹簧均为受压状态；
S8，重复验算：按照S6-S7的操作进行重复迭代操作，直至计算结果中的所有铰接点弹簧均为受压状态，不存在受拉的状态，完成验算；
S9，输出验算结果：根据步骤S8的验算结果，得出全受压状态下的钢屋盖的应力分布和结构变形数据，并以此数据对钢屋盖的结构进行设计修改，以此数据进行设计的钢屋盖在风吸作用下不会对支撑塔架产生拉力，因此在对支撑塔架的设计施工时不需要考虑受拉工况，只需按照受压工况设计即可。
本发明引用拉力释放点弹簧单元来模拟支撑架与屋盖结构的刚度耦合作用，利用拉力释放点弹簧单元在竖向压力作用下弹簧竖向刚度为支撑架竖向刚度，而拉力作用下弹簧竖向刚度为零的特点，模拟屋盖在风吸作用下与支撑塔架之间的连接作用，最终得出无拉力情况下的屋盖结构设计参数，并将其应用于现实设计施工中，保证实际施工时屋盖在风吸作用下自身能够抵抗风吸作用，不会对支撑塔架产生拉力，因此进行支撑架设计施工时只需要考虑受压状态，不需要考虑受拉工况，从而简化了支撑架节点构造设计，降低了支撑架下部基础抗拔的设计要求。
进一步地，步骤S2中，铰接点弹簧在竖向方向受力为受拉力和受压力，步骤S5中，拉力释放点弹簧在竖向方向受力为受压力，不受拉力。通过将铰接点弹簧更换成拉力释放点弹簧，将出现拉力的点位处的拉力进行释放，进而将应力变化体现在屋盖结构上，最后对屋盖结构进行修改，使其自身结构能够满足不产生拉力的结果，最终实现只对支撑塔架产生压力的结果。
进一步地，步骤S1中，支撑塔架与钢屋盖在现实中采用多点连接的复杂支承点，通过将支承点简化为点弹簧约束，简化约束，点弹簧约束采用固定连接，承受x、y、z三个方向的力，在步骤S2中进一步地将点弹簧设置为铰接点弹簧，通过拉力释放，能够将竖向的拉力释放，使得支撑塔架与钢屋盖只受压，不受拉。
进一步地，步骤S1中，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S1中，点弹簧约束的受力为x、y、z三个方向。
如图3所示，进一步地，步骤S9中，得到的钢屋盖数据为屋盖结构应力比图和变形图，并以此对初始钢屋盖结构进行修改，将变形超限的结构进行强化，保证屋盖施工及使用过程中的安全性。
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 (1)
1.一种风吸作用下钢屋盖与支撑塔架竖向力控制模拟方法，其特征是，包括以下步骤：
S1，建立模型：在模拟软件中建立钢屋盖和支撑塔架的模型，增加构造参数；
S2，添加约束：将支撑塔架对钢屋盖的支承点设置为铰接点弹簧约束；
S3，施加载荷：在模型中对钢屋盖添加自重载荷，作为初始工况，在模型中施加含风荷载的非线性载荷，形成组合工况；
S4，验算内力：运行模型进行计算，在计算结果中查看点弹簧的内力情况；
S5，拉力释放：将步骤S4中的计算结果中所有出现拉力的铰接点弹簧更改为拉力释放点弹簧，使得计算结果中的铰接点弹簧均为受压状态；
S6，二次验算：运行步骤S5中的点弹簧约束模型进行计算，在计算结果中查看点弹簧的内力情况；
S7，二次拉力释放：将步骤S6中的计算结果中所有出现拉力的铰接点弹簧更改为拉力释放点弹簧，使得计算结果中的铰接点弹簧均为受压状态；
S8，重复验算：按照S6-S7的操作进行重复迭代操作，直至计算结果中的铰接点弹簧均为受压状态，完成验算；
S9，输出验算结果：根据步骤S8的验算结果，得出全受压状态下的钢屋盖的应力分布和结构变形数据；
步骤S1中，支撑塔架与钢屋盖的支承点简化为点弹簧约束，点弹簧约束的受力为x、y、z三个方向，并在步骤S2中将点弹簧设置为铰接点弹簧，步骤S2中，铰接点弹簧在竖向方向受力为受拉力和受压力，步骤S5中，拉力释放点弹簧在竖向方向受力为受压力，不受拉力；
步骤S1中，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。
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