【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及结构设计施工，尤其针对建筑钢结构，具体涉及一种力边界条件下钢结构内力分析与施工方案优化设计方法。
技术介绍
1、当前设计和施工规范中建议的设计方法中，没有介绍如何考虑建筑钢结构在顶升或者吊装时处于自重作用下自由边界状态结构的内力分析方法。通常假设结构在吊点处处于铰接，来近似计算结构在吊装过程中的内力，进而判断构件是否失稳，变形是否满足要求。因为约束点会产生很大反力，进而严重地影响甚至改变结构的实际受力状态。如果此时吊点约束自由度放松过多，则会导致计算不收敛。由于结构实际上处于无边界状态悬浮在空中的，结构中只有支撑点或者吊点的力和结构自重进行平衡，所以以前使用的近似约束条件是存在问题的，会造成吊点附近杆件的内力不准确，使得安全性存在问题。
2、由于对该问题的认识不足，且现有方法可以“近似”解决问题，因此大多数人忽视了自由边界带来的安全问题。
技术实现思路
1、针对现有技术中对上述问题的认识不足，本专利技术提出一种力边界条件下钢结构内力分析与施工方案优化设计方法，解决吊装时自由边界钢结构的内力及变形精确计算问题。
2、本专利技术是这样实现的：
3、一种力边界条件下钢结构内力分析与施工方案优化设计方法，包括：根据钢结构设计方案，确定初版施工方案，所述初版施工方案包括安装过程施工方案和安装到位施工方案两部分；根据安装过程施工方案，并基于力边界条件，进行安装过程施工模拟并进行验算，若不通过则修改安装过程施工方案，继续进行安装过程施工模拟，若通
4、在一些实施例中，所述根据钢结构设计方案，确定初版施工方案包括：根据设计图纸，建立结构整体有限元模型，根据施工经验，编制初版施工方案。
5、在一些实施例中，所述根据钢结构设计方案，确定初版施工方案还包括：在有限元模型中分别获取安装过程及安装到位的约束点，并定义安装过程的约束点为约束点1，安装到位的约束点为约束点2。
6、在一些实施例中，所述根据安装过程施工方案，并基于力边界条件，进行安装过程施工模拟并进行验算包括：判定结构安装过程的安全性，验算结构强度及刚度是否满足要求；以及判定结构安装过程的整体稳定性，验算结构整体稳定性是否满足要求。
7、在一些实施例中，所述判定结构安装过程的安全性，验算结构强度及刚度是否满足要求，包括：
8、在约束点1施加位移约束条件，施加重力荷载；
9、进行静力计算，计算钢结构的结构内力，得到每个约束点1在重力方向的反力并输出；
10、删除约束点1的位移约束条件，并删除重力荷载，将计算得到的反力施加到相应的约束点1；
11、打开惯性释放法；
12、进行静力计算，计算钢结构的结构内力；
13、基于静力计算结果，判定结构安装过程的安全性，验算结构强度及刚度是否满足要求，若不满足要求则修改安装过程施工方案并重新定义约束点1，若满足要求则输出结构的应力文件和变形文件。
14、在一些实施例中，所述判定结构安装过程的整体稳定性，验算结构整体稳定性是否满足要求，包括：
15、基于静力计算结果，进行特征值屈曲分析，输出首阶整体屈曲模态；
16、将首阶整体屈曲模态作为安装过程中初始缺陷施加到结构上，验算结构安装过程整体稳定性是否满足要求，若不满足要求则修改安装过程施工方案并重新定义约束点1，若满足要求则等待输出终版施工方案。
17、在一些实施例中，所述根据安装到位施工方案，并基于安装过程计算结果，进行安装到位施工模拟并进行验算包括：判定结构安装到位的安全性，验算结构强度及刚度是否满足要求。
18、在一些实施例中，所述判定结构安装到位的安全性，验算结构强度及刚度是否满足要求，包括：
19、关闭惯性释放法；
20、导入前述应力文件和变形文件；
21、删除约束点1的反力，在约束点2施加位移约束条件，并施加重力荷载；
22、进行静力计算，计算钢结构的结构内力；
23、基于静力计算结果，判定结构安装到位的安全性，验算结构强度及刚度是否满足要求，若不满足要求则修改安装到位施工方案并重新定义约束点2，若满足要求则等待输出终版施工方案。
24、在一些实施例中，安装过程的约束点为顶升点、吊装点或提升点；安装到位的约束点为钢结构两端。
25、在一些实施例中，所述惯性释放法为：
26、引入惯性力来平衡外力，平衡方程表达为：
27、——（1）
28、其中，惯性力表达为：
29、——（2）
30、将式（2）带入式（1）可得：
31、——（3）
32、式中：为外力、为惯性力、为结构质量矩阵、为结构总的加速度；
33、求解式（3）即可得到为平衡外力所需施加的加速度，从而求得惯性力。
34、在一些实施例中，施加所述初始缺陷具体为将结构首阶整体屈曲模态乘以一个系数，施加到初始结构上作为初始缺陷。
35、本专利技术相对于现有技术的有益效果是：本专利技术提出一种力边界条件下钢结构内力分析与施工方案优化设计方法，解决吊装时自由边界钢结构的内力及变形精确计算问题。具体而言，至少可得到以下有益效果中的一个或多个：
36、1.将惯性释放求解的内力和变形作为求解只有重力支撑时（即支撑只提供与自重平衡的竖向力，无其他位移边界条件约束）结构加工变形和内力的方法，前人没有尝试过的，对于自由边界结构的加工变形问题是新的解决办法，只有力边界条件，去除了位移边界条件约束对变形结果的影响，否则，得不到约束点真实的变形情况，例如：如果约束点简支，则约束点变形为0，实际上约束点有变形。
37、2.将惯性释放求解的内力和变形作为求解整体屈曲模态的初始状态的方法，对于自由边界结构的线性屈曲问题是新的解决办法，去除了位移边界条件约束对模态结果的影响，否则，位移约束点的反作用力会改变结构真实的受力状态。
38、3.本专利技术使用惯性释放法计算结构在安装时一直存在的由于重力产生的初始应力和变形，考虑了结构加工、制作直至安装过程中始终带有重力作用的状态，而不是结构安装好才施加重力，可以有效避免现有方法中先建模再加重力的近似计算方法存在的不足之处。
39、应当理解，本专利技术任一实施方式的实现并不意味要同时具备或达到上述有益效果的多个或全部。
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1.一种力边界条件下钢结构内力分析与施工方案优化设计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据钢结构设计方案，确定初版施工方案包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据钢结构设计方案，确定初版施工方案还包括：
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据安装过程施工方案，并基于力边界条件，进行安装过程施工模拟并进行验算包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述判定结构安装过程的安全性，验算结构强度及刚度是否满足要求，包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述判定结构安装过程的整体稳定性，验算结构整体稳定性是否满足要求，包括：
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据安装到位施工方案，并基于安装过程计算结果，进行安装到位施工模拟并进行验算包括：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述判定结构安装到位的安全性，验算结构强度及刚度是否满足要求，包括：
9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：
10.根据权利要求5或8所述的方法，其特征在于，所述惯性释放法为：
11.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：
...【技术特征摘要】
1.一种力边界条件下钢结构内力分析与施工方案优化设计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据钢结构设计方案，确定初版施工方案包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据钢结构设计方案，确定初版施工方案还包括：
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据安装过程施工方案，并基于力边界条件，进行安装过程施工模拟并进行验算包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述判定结构安装过程的安全性，验算结构强度及刚度是否满足要求，包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：王益民，剧锦三，严擒龙，王杰，黄丽颖，张岩，
申请(专利权)人：北京建工集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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