一種適用于顯式求解器的施工模擬分析方法
【專利摘要】本發明是一種適用于顯式求解器的施工模擬分析方法。包括如下步驟：1）激活第1層結構，施加相應荷載，并約束將未施工結構的所有節點，修正未激活結構中豎向構件的彈性模量；2）激活第2層結構，釋放第2層節點的約束；3）激活第3層結構，釋放第3層節點的約束；4）激活第4層結構，釋放第4層節點的約束，計算時，保存并輸出計算結果。至此，計算得到的結果即為考慮施工模擬方法的結果。上述每步中新激活的豎向構件均按實際彈性模量設置，已有結構的荷載保持不變，施加新增結構荷載，同時，將上一步計算結果作為這一步的受力初始狀態，輸入到新的模型中。本發明能完成復雜或超高結構的施工模擬，且能實現施工過程的彈塑性分析。
【專利說明】一種適用于顯式求解器的施工模擬分析方法

【技術領域】
[0001] 本發明是一種建筑結構【技術領域】的適用于顯式求解器的施工模擬分析方法，特別 涉及需進行施工模擬彈塑性分析的復雜或超高建筑結構的施工模擬分析方法，屬于適用于 顯式求解器的施工模擬分析方法的創新技術。

【背景技術】
[0002] 《高層建筑混凝土結構技術規程K JB J3-2010 )明確規定復雜高層建筑或超過150m 的其他高層建筑結構應考慮施工模擬的影響。《超限高層建筑工程抗震設防專項審查術要 點》（2010版）中亦提到對特別復雜的結構、高度超過200m的混合結構、大跨空間結構、靜 載下構件豎向壓縮變形差異較大的結構等，應有重力荷載下的結構施工模擬分析。
[0003] 考慮結構施工模擬分析與一次加載的主要區別在于：1)樓層豎向位移沿結構高度 分布規律不一致，前者最大豎向位移在中間層附件，后者的樓層最大位移位于結構頂層；2) 對于帶支撐結構和帶伸臂加強層的超高層結構，設置支撐或伸臂本意是用來抵抗水平力作 用，這類只有通過施工模擬才能真實反映其主要受力特點；3)在框架-剪力墻結構或框架 核心筒結構中，前述的兩種方法對豎向構件間的內力分配有較明顯地影響。基于后者模擬 方法，高層建筑頂部部位一端與柱相連的梁負彎矩會減小或出現變號，而一端與墻體相連 的梁負彎矩偏大，造成截面超筋現象。由此，對復雜或超高層采用施工模擬方法是準確模擬 結構受力的一個前提。
[0004] 對于需要彈塑性分析的復雜或超高建筑結構，則更應該在施工模擬完成的狀態下 展開彈塑性分析。大量工程案例已經表明，動力彈塑性分析方法采用顯式計算方法，通過控 制合理的穩定計算時間步長，可以得到滿足工程精度的合理結果，同時避開求解過程中困 擾工程師們的結果收斂問題，又確保了計算效率。通常，限于理論背景，復雜或超高建筑結 構的施工模擬計算核心多采用隱式計算方法，對于大型多自由度結構，隱式分析的效率相 對較慢，往往存在計算收斂問題。
[0005] 故現階段復雜結構的彈塑性分析方法多采用隱式完成施工模擬、顯式接力完成彈 塑性分析的做法，由于兩種計算方法的差異性，結果導入容易出現誤差，且不易檢查。對于 如何基于顯式求解器完成施工模擬分析，諸如此類研宄較少。


【發明內容】

[0006] 本發明的目的在于考慮上述問題而提供一種適用于顯式求解器的施工模擬分析 方法。本發明能完成復雜或超高結構的施工模擬，且能實現施工過程的彈塑性分析。本發 明不僅很好地避免彈塑性分析過程中的不收斂問題，而且對超大型結構也保證一定的計算 效率。
[0007] 本發明的技術方案是：本發明的適用于顯式求解器的施工模擬分析方法，包括有 如下步驟： 第一步：激活第1層結構，并施加相應荷載，將未施工結構的所有節點施加約束，并修 正未激活結構中豎向構件的彈性模量，計算時，保存并輸出計算結果Result_A ; 第二步：激活第2層結構，釋放第2層結構所有節點的約束，新激活的豎向構件并按實 際彈性模量設置；已有結構的荷載保持不變，施加新增結構荷載，同時，將上一步計算結果 作為這一步的受力初始狀態，輸入到新的模型中，計算時，保存并輸出計算結果Result_B ; 第三步：激活第3層結構，釋放第3層結構所有節點的約束，新激活的豎向構件并按實 際彈性模量設置，已有結構的荷載保持不變，施加新增結構荷載，同時，將上一步計算結果 ReSUlt_B作為這一步的受力初始狀態，輸入到新的模型中，計算時，保存并輸出計算結果 Result-C ; 第四步：激活第4層結構，釋放第4層結構所有節點的約束，新激活的豎向構件并按實 際彈性模量設置，已有結構的荷載保持不變，施加新增結構荷載，同時，將上一步計算結果 ReSUlt_C作為這一步的受力初始狀態，輸入到新的模型中，計算時，保存并輸出計算結果 Result_D，至此，計算得到的結果Result_D即為考慮施工模擬方法的結果。
[0008] 上述第一步修正未激活結構中豎向構件的彈性模量，修正后的數值為實際彈性模 量的le_6。
[0009] 上述該方法能適用于顯式求解器。
[0010] 本發明的有益效果是：利用本發明所述的計算方法后，任何一個實際工程均可以 按照其項目的具體情況，輸入計算參數，采用顯式求解器完成復雜或超高結構的施工模擬， 且能實現施工過程的彈塑性分析。本發明不僅很好地避免彈塑性分析過程中的不收斂問 題，而且對超大型結構也保證一定的計算效率，彌補目前未采用顯式求解器完成施工模擬 分析所存在的問題。本發明是一種設計巧妙，性能優良，方便實用的適用于顯式求解器的施 工模擬分析方法。本發明操作簡單，方便實用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1是本發明用于描述分析方法的示例圖； 圖2是本發明施工第1層時示意圖； 圖3是本發明施工第2層時示意圖； 圖4是本發明施工第3層時示意圖； 圖5是本發明施工第4層時示意圖； 圖6是本發明某兩層帶支撐-鋼框架結構示意圖； 圖7、圖8是本發明實施例中施工步1、2的示意圖。

【具體實施方式】
[0012] 實施例： 本發明的結構示意圖如圖1所示，圖1中，第1?4層分別表示各層名稱，"0、A?D" 分別為支座及各層構件點標識，例如第3層的豎向構件可表示為BC桿。假定該結構分為四 個施工段，順序依次為第1層、第2層、第3層與第4層。
[0013] 圖2中，1表示為對節點施加約束，2表示作為各個荷載步之間相鄰的豎向構件。圖 3、圖4、圖5中，3表示需按實際彈性模量設置的豎向構件，4表示已有結構的荷載，5表示新 增結構的荷載。
[0014] 以圖1的4層結構為例，假定該結構四個施工荷載步，分別為第1層、第2層、第3 層和第4層，具體計算過程如下： 第一步：激活第1層結構，并施加相應荷載，將未施工結構的所有節點施加約束(如圖2 的對節點施加約束1)，并修正未激活結構中豎向構件的彈性模量，如圖2的各個荷載步之 間相鄰的豎向構件2,修正后的數值可約為實際彈性模量的le-6。計算時，保存并輸出計算 結果 Result_A。
[0015] 第二步：如附圖3,激活第2層結構，釋放第2層結構所有節點的約束，并將AB構 件(如圖3的需按實際彈性模量設置的豎向構件3)按實際彈性模量設置。已有結構的荷載 (如圖3的已有結構的荷載4)保持不變，施加新增結構荷載(如圖3的新增結構的荷載5)， 如第2層結構荷載。同時，將上一步計算結果Result_A作為這一步的受力初始狀態，輸入 到新的模型中。計算時，保存并輸出計算結果Result_B。
[0016] 第三步：如附圖4,激活第3層結構，釋放第3層結構所有節點的約束，并將BC構 件(如圖4的需按實際彈性模量設置的豎向構件3)按實際彈性模量設置。已有結構的荷載 (如圖4的已有結構的荷載4)保持不變，施加新增結構荷載(如圖4的新增結構的荷載5)， 如第3層結構荷載。同時，將上一步計算結果Result_B作為這一步的受力初始狀態，輸入 到新的模型中。計算時，保存并輸出計算結果Result_C。
[0017] 第四步：如附圖5,激活第4層結構，釋放第4層結構所有節點的約束，并將CD構 件(如圖5的需按實際彈性模量設置的豎向構件3)按實際彈性模量設置。已有結構的荷載 (如圖5的已有結構的荷載4)保持不變，施加新增結構荷載(如圖5的新增結構的荷載5)， 如第4層結構荷載。同時，將上一步計算結果Result_C作為這一步的受力初始狀態，輸入 到新的模型中。計算時，保存并輸出計算結果Result_D。
[0018] 至此，計算得到的結果Result_D即為考慮施工模擬方法的結果，且該方法能適用 于顯式求解器。
[0019] 本發明通過以下實施例作進一步說明。
[0020] 某兩層建筑高度，結構體系為帶支撐的鋼框架結構，結構計算層有2層，如圖6 所示為某兩層帶支撐-鋼框架結構示意圖，構件截面均為Η300Χ200χ8Χ12,梁上線荷載為 20kN/m，考察結果考慮三個施工步，如附圖7,考察圖6中的節點AU Α2、Bl與Β2的豎向位 移及支撐構件的內力。故采用有限元軟件進行顯式分析，根據本發明完成基于顯式求解器 的施工模擬分析方法，計算結果表明，節點位移的顯式結果與隱式結果相同（表一），施工 過程結束后的支撐構件內力幾乎為0 (表二），可見結果可信，本發明方法可行。
[0021] 圖7、圖8、圖6分別為三個施工步示意圖，即分別為施工步1、2、3的示意圖。
[0022] 表1各個施工步下節點A1、A2、B1、B2的豎向位移(單位：m)

【權利要求】
1. 一種適用于顯式求解器的施工模擬分析方法，其特征在于包括有如下步驟： 第一步；激活第1層結構，并施加相應荷載，將未施工結構的所有節點施加約束，并修 正未激活結構中豎向構件的彈性模量，計算時，保存并輸出計算結果Result_A ; 第二步；激活第2層結構，釋放第2層結構所有節點的約束，新激活的豎向構件并按實 際彈性模量設置；已有結構的荷載保持不變，施加新增結構荷載，同時，將上一步計算結果 作為該一步的受力初始狀態，輸入到新的模型中，計算時，保存并輸出計算結果Result_B ; 第=步；激活第3層結構，釋放第3層結構所有節點的約束，新激活的豎向構件并按實 際彈性模量設置，已有結構的荷載保持不變，施加新增結構荷載，同時，將上一步計算結果 Result_B作為該一步的受力初始狀態，輸入到新的模型中，計算時，保存并輸出計算結果 Result_C ; 第四步；激活第4層結構，釋放第4層結構所有節點的約束，新激活的豎向構件并按實 際彈性模量設置，已有結構的荷載保持不變，施加新增結構荷載，同時，將上一步計算結果 Result_C作為該一步的受力初始狀態，輸入到新的模型中，計算時，保存并輸出計算結果 Result_D，至此，計算得到的結果Result_D即為考慮施工模擬方法的結果。
2. 根據權利要求1所述的適用于顯式求解器的施工模擬分析方法，其特征在于上述第 一步修正未激活結構中豎向構件的彈性模量，修正后的數值為實際彈性模量的le-6。
3. 根據權利要求1所述的適用于顯式求解器的施工模擬分析方法，其特征在于上述該 方法能適用于顯式求解器。
【文檔編號】G06F17/50GK104462644SQ201410604385
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月3日 優先權日:2014年11月3日
【發明者】林超偉, 王興法, 李曉偉, 陳龍, 夏熙堯, 其他發明人請求不公開姓名 申請人:香港華藝設計顧問(深圳)有限公司