一种大面积焊接球网架结构的变形预控制方法技术

本发明专利技术涉及一种大面积焊接球网架结构变形预控制方法，包括以下步骤：建立受力分析计算模型并获得变形值；建立第一次修正模型并重新计算变形值；判断变形误差并获取受力分析修正几何模型；根据受力分析修正几何模型建立焊接分析模型并获得焊接分析的变形值；建立焊接分析第一次修正模型并重新计算焊接变形值；判断焊接变形误差并获取最终施工几何模型。本发明专利技术综合考虑大面积网架在施工阶段和焊接阶段的结构变形，可根据变形值对原结构进行几何修正，有效提高网架的成形精度，大幅提升网架的整体作业效率。

A Deformation Pre-control Method for Large Area Welded Spherical Grid Structures

【技术实现步骤摘要】
一种大面积焊接球网架结构的变形预控制方法
本专利技术涉及钢结构施工领域，具体是一种大面积焊接球网架结构的变形预控制方法。
技术介绍
焊接球节点网架结构由于其节点刚度大、受力性能好，被广泛地应用于大面积、大跨度结构中。但该类结构在施工时，由于跨度大、焊接量大，常易因结构受力变形及焊接收缩变形导致最终网架成形坐标与初始设计坐标出现偏差，尤其对于大面积、大跨度网架结构更为明显。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种变形预控制方法，降低结构的受力及焊接累计误差，从而有效防止结构受力及焊接收缩引起的变形。为了达到上述目的，本专利技术是这样实现的：一种大面积焊接球网架结构的变形预控制方法，包括以下步骤：步骤1、根据焊接球网架的设计初始几何模型及相关参数建立受力分析的有限元计算模型；步骤2根据网架安装方法模拟施工过程，获得网架结构成形态时各空间节点的坐标值及与初始设计节点坐标之间的坐标差值；步骤3将各空间节点的坐标差值反向叠加到初始设计节点坐标，得到节点坐标修正后的几何模型；步骤4用节点坐标修正后的几何模型重新建立受力分析的有限元计算模型；步骤5、重复步骤2，得到各空间节点新的坐标值及新的坐标差值；步骤6、对新的差值进行分析，如果不满足容许误差要求，则将新的差值反向叠加到修正后的节点坐标值上，得到新的修正后的几何模型，重复步骤4和5，直至坐标差值满足容许误差要求，最终得到受力分析阶段几何模型；步骤7、用步骤6得到的受力分析阶段几何模型和焊接参数建立焊接分析的有限元计算模型；步骤8、根据网架的焊接模拟过程，获得网架焊接成形态时各空间节点的坐标值及与受力分析阶段几何模型节点坐标之间的坐标差值；步骤9、将步骤8得到的各空间节点的坐标差值反向叠加到受力分析阶段几何模型节点坐标，得到节点坐标修正后的几何模型；步骤10、用节点坐标修正后的几何模型重新建立焊接分析的有限元计算模型；步骤11、重复步骤8，得到各空间节点新的坐标值及新的坐标差值；步骤12、对新的差值进行分析，如果不满足容许误差要求，则将新的差值反向叠加到修正后的节点坐标值上，得到新的修正后的几何模型，重复步骤10和11，直至坐标差值满足容许误差要求，得到最终的几何模型；步骤13、按照最终的几何模型进行施工图详图设计，进行构件制作并按照既定的焊接及安装方案进行现场施工。所述的一种大面积焊接球网架结构变形预控制方法，所述步骤2中对网架结构进行施工过程模拟时，应进行全过程仿真模拟分析，并应考虑施工顺序对结构成形态的影响。所述的一种大面积焊接球网架结构变形预控制方法，所述步骤8中对网架结构进行焊接模拟时，应考虑焊接工艺及焊接顺序对焊接成形态的影响。所述的一种大面积焊接球网架结构变形预控制方法，所述步骤6中差值分析的容许误差要求中，采用最大绝对值容许误差D1max，其值为D1max=fS×fF×Ds，其中：Ds为国家相关规范要求最大容许值；fS为整体精度系数，fS<1.0；fF为受力变形控制系数，fF<1.0。所述的一种大面积焊接球网架结构变形预控制方法，所述步骤12中差值分析的容许误差要求中，采用最大绝对值容许误差D2max，其值为D2max=fS×（1.0-fF）×Ds。本控制方法具有以下优点：（1）可以通过控制坐标容许差值，根据不同建筑结构需要，满足不同精度的要求；（2）综合考虑施工阶段和焊接阶段的网架变形，进行全过程有限元仿真模拟分析，可以精确预测施工中不同阶段的结构受力及变形状态，做到全过程精确控制网架几何成形；（3）预先采取反向位移控制措施，在构件下料前考虑网架变形的影响，可大幅方便加工制作，提高施工效率。具体实施方式以下通过具体实施例进一步说明本专利技术。本专利技术较佳实例为一大型工业厂房屋盖结构，采用焊接球节点正放四角锥钢网架形式，平面尺寸为88m×96m，拼装面积为8448m2，最大跨度为28米，结构形式复杂，杆件空间定位要求高，现场焊接量大，网架整体成形精度要求高。该大型网架结构的变形预控制方法包括以下步骤：步骤1、根据焊接球网架的设计初始几何参数、焊接球及杆件的材质、网架支座的形式建立结构受力分析的有限元计算模型；步骤2、根据网架安装方法，模拟施工过程。本工程采用分块吊装和部分同步提升的混合施工方法，共包含19个吊装单元及2个大区的同步提升单元，施工模拟时，按照预先制定的施工顺序，考虑19个吊装单元吊装就位、2个提升单元提升就位、屋面板就位及网架下弦附加管件就位共23个施工步骤。网架变形模拟时，仅考虑恒荷载作用，荷载分项系数取1.0：荷载值：1.0×G1k+1.0×G2k+1.0×G3k其中：G1k：网架结构自重；G2k：屋盖面板自重；G3k：下弦附加管件自重；通过计算获得网架结构第一次成形态时各空间节点的坐标值X1及与初始设计节点坐标X0之间的坐标差值Δx1=X1-X0；步骤3、根据最终成形态的计算结果，将各空间节点的坐标差值Δx反向叠加到初始设计节点坐标X0，得到第一次节点坐标修正后的几何坐标XM1=X0-Δx1；步骤4、将修正后的节点坐标值XM1导入到有限元计算软件中，重新建立受力分析模型；步骤5、重复步骤（2），得到各空间节点第二次的坐标值X2及新的坐标差值Δx2=X2-X0；步骤6、对新的坐标差值Δx2进行分析，如果|Δx2|<D1max=fS×fF×Ds其中：Ds：国家相关规范要求最大容许值；fS：整体精度系数，fS<1.0；fF：受力变形控制系数，fF<1.0。则XM1即为受力分析阶段几何坐标值。如果不满足容许误差要求，则将新的差值Δx2反向叠加到修正后的节点坐标值XM1上，得到新的修正后的几何坐标XM2=XM1-Δx2，将修正后的节点坐标值XM2导入到有限元计算软件中，进行计算分析，得到第三次各空间节点的坐标值X3及与初始设计节点坐标X0之间的坐标差值Δx3=X3-X0，判断Δx3是否满足容许误差要求，否则继续迭代计算，直至Δxn满足容许误差要求，最终得到受力分析阶段几何坐标XMn-1；步骤7、用步骤（6）得到的受力分析阶段几何坐标XG=XMn-1和焊接坡口形式、焊接电流、焊接速度等参数建立焊接分析的有限元计算模型；步骤8、本工程采用现场气保焊，管件与球节点之间采用单边V形坡口焊接。每个吊装单元采用一个焊接区进行焊接，第一个同步提升单元分割为15个焊接区焊接，第二个同步提升单元分割为16个焊接区焊接，每个焊接区域焊接时，由中心向四周均匀扩散施焊，先焊接下弦杆件再焊接上弦及腹杆。通过焊接模拟，获得网架焊接第一次成形态时各空间节点的坐标值XH1及与受力分析阶段几何模型节点坐标XG之间的坐标差值ΔxH1=XH1-XG；步骤9、将步骤（8）得到的各空间节点的坐标差值ΔxH1反向叠加到受力分析阶段几何模型节点坐标XG，得到节点坐标修正后的几何坐标XHM1=XG-ΔxH1；10、将修正后的节点坐标值XHM1导入到焊接有限元计算软件中，重新建立焊接分析的有限元计算模型；11、重复步骤（8），得到焊接模拟各空间节点第二次的坐标值XH2及新的坐标差值ΔxH2=XH2-XG；步骤12、对新的坐标差值ΔxH2进行分析，如果|ΔxH2|<D2max=fS×（1.0-fF）×Ds则XHM1即为焊接分析阶段几何坐标值。如果不满足容许误本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大面积焊接球网架结构的变形预控制方法，其特征是：包括以下步骤：步骤1、根据焊接球网架的设计初始几何模型及相关参数建立受力分析的有限元计算模型；步骤2根据网架安装方法模拟施工过程，获得网架结构成形态时各空间节点的坐标值及与初始设计节点坐标之间的坐标差值；步骤3将各空间节点的坐标差值反向叠加到初始设计节点坐标，得到节点坐标修正后的几何模型；步骤4用节点坐标修正后的几何模型重新建立受力分析的有限元计算模型；步骤5、重复步骤2，得到各空间节点新的坐标值及新的坐标差值；步骤6、对新的差值进行分析，如果不满足容许误差要求，则将新的差值反向叠加到修正后的节点坐标值上，得到新的修正后的几何模型，重复步骤4和5，直至坐标差值满足容许误差要求，最终得到受力分析阶段几何模型；步骤7、用步骤6得到的受力分析阶段几何模型和焊接参数建立焊接分析的有限元计算模型；步骤8、根据网架的焊接模拟过程，获得网架焊接成形态时各空间节点的坐标值及与受力分析阶段几何模型节点坐标之间的坐标差值；步骤9、将步骤8得到的各空间节点的坐标差值反向叠加到受力分析阶段几何模型节点坐标，得到节点坐标修正后的几何模型；步骤10、用节点坐标修正后的几何模型重新建立焊接分析的有限元计算模型；步骤11、重复步骤8，得到各空间节点新的坐标值及新的坐标差值；步骤12、对新的差值进行分析，如果不满足容许误差要求，则将新的差值反向叠加到修正后的节点坐标值上，得到新的修正后的几何模型，重复步骤10和11，直至坐标差值满足容许误差要求，得到最终的几何模型；步骤13、按照最终的几何模型进行施工图详图设计，进行构件制作并按照既定的焊接及安装方案进行现场施工。...

【技术特征摘要】
1.一种大面积焊接球网架结构的变形预控制方法，其特征是：包括以下步骤：步骤1、根据焊接球网架的设计初始几何模型及相关参数建立受力分析的有限元计算模型；步骤2根据网架安装方法模拟施工过程，获得网架结构成形态时各空间节点的坐标值及与初始设计节点坐标之间的坐标差值；步骤3将各空间节点的坐标差值反向叠加到初始设计节点坐标，得到节点坐标修正后的几何模型；步骤4用节点坐标修正后的几何模型重新建立受力分析的有限元计算模型；步骤5、重复步骤2，得到各空间节点新的坐标值及新的坐标差值；步骤6、对新的差值进行分析，如果不满足容许误差要求，则将新的差值反向叠加到修正后的节点坐标值上，得到新的修正后的几何模型，重复步骤4和5，直至坐标差值满足容许误差要求，最终得到受力分析阶段几何模型；步骤7、用步骤6得到的受力分析阶段几何模型和焊接参数建立焊接分析的有限元计算模型；步骤8、根据网架的焊接模拟过程，获得网架焊接成形态时各空间节点的坐标值及与受力分析阶段几何模型节点坐标之间的坐标差值；步骤9、将步骤8得到的各空间节点的坐标差值反向叠加到受力分析阶段几何模型节点坐标，得到节点坐标修正后的几何模型；步骤10、用节点坐标修正后的几何模型重新建立焊接分析的有限元计算模型；步骤11、重复步骤8，得到各空间节点新的坐标值及新的坐标差值；步骤12、对...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩向科，梁宏文，宋凯，
申请(专利权)人：上海二十冶建设有限公司，中国二十冶集团有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31