一种基于显示动力学理论的梁段吊装变形快速计算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于显示动力学理论的梁段吊装变形快速计算方法，包括下列步骤：

【技术实现步骤摘要】
一种基于显示动力学理论的梁段吊装变形快速计算方法


[0001]本专利技术属于桥梁施工
，涉及一种基于显示动力学理论的梁段吊装变形快速计算方法
。

技术介绍

[0002]对于分阶段施工组合梁斜拉桥，无应力线形控制精度是衡量成桥质量的重要指标，其线形控制可分解对梁段立面
、
平面与横断面的无应力线形控制
。
传统组合梁斜拉桥无应力线形匹配多以理论标高进行控制，并且梁段安装时参照无应力线形，这种直接以理论标高为标准的线形控制方法虽然包含了对预制梁段制造误差的纠正，但无法考虑施工过程中待拼装梁段在悬吊状态下的变形对成桥线形的影响，究其原因在于准确计算吊装状态下梁段变形难度较大
。
目前，对于分阶段施工组合梁斜拉桥中各梁段在悬吊状态下的变形求解主要借助有限元静力学计算方法，即建立梁段有限元网格模型，于吊点处节点施加位移约束以模拟悬吊状态，
[0003]实际计算过程中，根据圣维南原理，建立悬吊体系
‑
梁段耦合模型，为使计算模型能够较好地拟合实际结构，位移边界施加于悬吊体系固定端节点，此时若采用静力学方法求解，因悬吊体系
‑
梁段耦合模型总体刚度矩阵为奇异阵，计算无法收敛
。
这种方法使得约束位置出现应力集中现象，降低求解精度，同时，难以灵活解决不同悬吊体系分配力工况下的梁段变形问题
。
因此静力学计算方法存在的边界处理合理性差
、
计算精度低
、
考虑因素不全面等弊端
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于显示动力学理论的梁段吊装变形快速计算方法，用于解决现有技术存在边界处理合理性差
、
计算精度低
、
考虑因素不全面等问题
。
[0005]所述的一种基于显示动力学理论的梁段吊装变形快速计算方法，包括下列步骤：
[0006]S1、
建立组合梁桥待拼装节段的悬吊体系
‑
梁段耦合模型；
[0007]S2、
对悬吊体系
‑
梁段几何模型进行单元定义
、
材料选择和网格划分；
[0008]S3、
采用荷载边界与位移边界相结合进行荷载
‑
边界处理；
[0009]S4、
对悬吊体系进行能量耗散处理；
[0010]采用动力学分析，引入动能耗散矩阵植入任意时刻的结构系统动力学方程，结构系统动力学方程表达为：
[0011][0012]其中，
[M]为模型质量矩阵，
[C]为阻尼矩阵，
[K]为弹性刚度矩阵，
{U}
为节点位移向量，
{F}
为节点力向量；在此阶段，动力学方程中的加速度向量与速度向量均为非0向量；
t
为求解起始时间步，
Δ
t
为当前阶段距离求解起始点
t
所经历的时间步长；与
{U
t+
Δ
t
}
则对应为
t+
Δ
t
时刻待拼装梁段结构体系的加速度向量
、
速度向量与位移向量；
[0013]S5、
进行非线性计算并提取结果
。
[0014]优选的，所述步骤
S4
中，实际吊装实施在待拼梁段处于准静态阶段下进行，引入了能量耗散矩阵，所述材料耗能系数设置为
0.3
，当
Δ
t
取值足够大时，与趋近于0，此时动力学方程转化为：
[0015][K]{U
t+
Δ
t
}
＝
{F
t+
Δ
t
}
[0016]即结构体系状态转化为准静态，实现这一转化后便达到了计算模型与实际结构吻合的目的
。
[0017]优选的，所述步骤
S1
中，采用分离式建模方法分别构造悬吊体系与待拼装梁段几何实体，根据结构设计资料的信息基于
LS
‑
DYNA
软件建立悬吊体系
‑
梁段几何模型
。
[0018]优选的，所述步骤
S2
中，悬吊体系采用杆单元
link 8
，单元中的节点为3自由度
、
无转动刚度；待拼装梁段为钢结构，采用四边形壳单元
shell 181
，单元中的节点为6自由度；吊装状态下待拼梁段满足材料力学小变形假设，因此材料模型选择线弹性本构，仅考虑弹性模量
、
泊松比与密度；网格划分选择映射划分
。
[0019]优选的，所述步骤
S3
中，所述计算方法选择对1号悬吊体系与
n
号悬吊体系进行全位移约束，即限制
Ux、Uy、Uz
位移，其中
Y
轴负方向与重力方向一致，2号悬吊体系～
n
‑1号悬吊体系约束采用不完全位移约束，仅限值
Ux、Uz
位移，
Y
方向采用荷载边界，即设定荷载值与设计索力等值同向
。
[0020]优选的，所述步骤
S3
中，悬吊体系内力
N1
与
Nn
皆唯一且满足
N1
＝
F1、Nn
＝
Fn
，其中
F
i
为
i
号悬吊体系设计索力，
i
＝
1、2、3......n
，此时所有悬吊体系内力
N
均与设计索力值一致
。
[0021]优选的，完成步骤
S4
工作后利用所得算式进行求解计算直至计算完成，在进入后处理提取待拼装梁段的计算位移结果；若设计索力值发生变动，则再次进行步骤
S3
，调节不同索力设计值并行进计算至完成并提取计算位移结果
。
[0022]本专利技术具有以下优点：本专利技术规避了静力学计算方法在处理组合梁斜拉桥待拼装梁段吊装变形分析存在的边界处理合理性差
、
计算精度低
、
考虑因素不全的缺陷
。
使得待拼装梁段吊装变形计算简单
、
快速
、
量化得以实现，丰富了动力学方法解决结构吊装分析领域的优势，提高相应方案设计效率及效果
。
[0023]本专利技术采用显示动力学软件
LS
‑
DYNA
，建立悬吊体系
‑
梁段耦合计算模型，采用荷载
‑
位移边界相结合技术手段，将悬吊体系中的各索内力值进行调节分配使其与设计值相同，同时定义结构体系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于显示动力学理论的梁段吊装变形快速计算方法，其特征在于：包括下列步骤：
S1、
建立组合梁桥待拼装节段的悬吊体系
‑
梁段耦合模型；
S2、
对悬吊体系
‑
梁段几何模型进行单元定义
、
材料选择和网格划分；
S3、
采用荷载边界与位移边界相结合进行荷载
‑
边界处理；
S4、
对悬吊体系进行能量耗散处理；采用动力学分析，引入动能耗散矩阵植入任意时刻的结构系统动力学方程，结构系统动力学方程表达为：其中，
[M]
为模型质量矩阵，
[C]
为阻尼矩阵，
[K]
为弹性刚度矩阵，
{U}
为节点位移向量，
{F}
为节点力向量；在此阶段，动力学方程中的加速度向量与速度向量均为非0向量；
t
为求解起始时间步，
Δ
t
为当前阶段距离求解起始点
t
所经历的时间步长；与
{U
t+
Δ
t
}
则对应为
t+
Δ
t
时刻待拼装梁段结构体系的加速度向量
、
速度向量与位移向量；
S5、
进行非线性计算并提取结果
。2.
根据权利要求1所述的一种基于显示动力学理论的梁段吊装变形快速计算方法，其特征在于：所述步骤
S4
中，实际吊装实施在待拼梁段处于准静态阶段下进行，引入了能量耗散矩阵，所述材料耗能系数设置为
0.3
，当
Δ
t
取值足够大时，与趋近于0，此时动力学方程转化为：
[K]{U
t+
Δ
t
}
＝
{F
t+
Δ
t
}
即结构体系状态转化为准静态，实现这一转化后便达到了计算模型与实际结构吻合的目的
。3.
根据权利要求2所述的一种基于显示动力学理论的梁段吊装变形快速计算方法，其特征在于：所述步骤
S1
中，采用分离式建模方法分别构造悬吊体系与待拼装梁段几何实体，根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙立军，欧代军，杨康，章文彬，李传友，金鹏，沈垚，王志豪，范广志，李镇，王慧可，张攀昆，
申请(专利权)人：浙江鼎盛交通建设有限公司，
类型：发明
国别省市：