【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于建筑施工，具體而言，涉及一種用于加固大跨度鋼連廊的張弦梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法。
技術(shù)介紹
1、大跨度鋼連廊作為一種新興的城市橋梁形式,廣泛應(yīng)用于城市景觀工程、交通樞紐等領(lǐng)域,具有結(jié)構(gòu)輕便、造型優(yōu)美、施工便捷等特點。隨著城市化進程的加快,這類結(jié)構(gòu)正日益頻繁地出現(xiàn)在大眾的視野中。然而,受限于材料性能、結(jié)構(gòu)形式等因素,大跨度鋼連廊在服役過程中普遍存在撓度過大、應(yīng)力集中等問題,嚴(yán)重影響其使用安全性和可靠性。因此,如何有效提高大跨度鋼連廊的抗變形能力和抗損傷性能,成為目前亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。
2、目前,針對大跨度鋼連廊的加固與優(yōu)化設(shè)計,主要有以下幾種常見方法:
3、1)剛性加強法:在主梁或立柱上增設(shè)加勁肋,增大結(jié)構(gòu)整體剛度,從而提高抗變形性能。但這種方法會增加結(jié)構(gòu)自重,同時也會影響建筑美觀。
4、2)張弦梁優(yōu)化法:在主梁兩側(cè)添加拉索,形成張弦梁結(jié)構(gòu),通過調(diào)整拉索的預(yù)應(yīng)力以及結(jié)構(gòu)幾何參數(shù),優(yōu)化整體受力狀態(tài)。這種方法相對剛性加強法更加經(jīng)濟環(huán)保,但優(yōu)化效果受諸多參數(shù)的耦合影響,較為復(fù)雜。
5、3)動力減振法:在結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位布置阻尼減振裝置,以吸收振動能量,降低結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)。該方法對結(jié)構(gòu)的動力特性要求較高,需要精準(zhǔn)的動力參數(shù)識別和模型建立。
6、上述方法雖然在一定程度上提升了大跨度鋼連廊的抗變形性能,但仍存在以下不足:
7、(1)優(yōu)化方法過于簡單,無法全面反映結(jié)構(gòu)的非線性力學(xué)特性,導(dǎo)致優(yōu)化效果受限。
8、(2)參數(shù)調(diào)整依賴經(jīng)驗判斷,缺乏系統(tǒng)的分析和優(yōu)化
9、因此,迫切需要一種新的優(yōu)化方法,能夠全面考慮結(jié)構(gòu)的非線性行為,采用系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化算法,并兼顧施工工藝的可行性,從而實現(xiàn)大跨度鋼連廊性能的有效提升。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、有鑒于此，本專利技術(shù)提供一種用于加固大跨度鋼連廊的張弦梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，能夠解決現(xiàn)有技術(shù)優(yōu)化方法無法全面反映結(jié)構(gòu)的非線性力學(xué)特性,導(dǎo)致優(yōu)化效果受限的技術(shù)問題。
2、本專利技術(shù)是這樣實現(xiàn)的：
3、本專利技術(shù)提供一種用于加固大跨度鋼連廊的張弦梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，包括以下步驟：
4、s10、建立大跨度鋼連廊的三維有限元模型，所述三維有限元模型包括上部鋼連廊、豎向撐桿及拉索；
5、s20、設(shè)置所述三維有限元模型的邊界條件，并確定作用于所述三維有限元模型的恒載及活載；
6、s30、對所述三維有限元模型進行非線性分析，得到初始撓度值及應(yīng)力值；
7、s40、判斷所述初始撓度值及應(yīng)力值是否滿足加固要求，當(dāng)不滿足時執(zhí)行步驟s50，當(dāng)滿足時執(zhí)行步驟s60；
8、s50、調(diào)整所述豎向撐桿的長度及拉索的預(yù)應(yīng)力值，返回執(zhí)行步驟s30；
9、s60、設(shè)置結(jié)構(gòu)撓度值為控制參數(shù)，拉索應(yīng)變值為響應(yīng)參數(shù)；
10、s70、利用sap2000?csiloadoptimizer工具箱進行索力優(yōu)化計算，獲得優(yōu)化后的拉索應(yīng)變值；
11、s80、根據(jù)所述優(yōu)化后的拉索應(yīng)變值反推得到最終索力優(yōu)化結(jié)果；
12、s90、根據(jù)所述最終索力優(yōu)化結(jié)果確定加固大跨度鋼連廊的張弦梁結(jié)構(gòu)的工藝參數(shù)。
13、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本專利技術(shù)的一種用于加固大跨度鋼連廊的張弦梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法還可以做如下改進:
14、其中，所述步驟s10具體包括：
15、步驟101、收集大跨度鋼連廊的結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙和材料參數(shù)；
16、步驟102、選擇有限元分析軟件，包括ansys或abaqus；
17、步驟103、在所述有限元分析軟件中建立包含鋼連廊上部結(jié)構(gòu)、豎向撐桿及拉索的三維有限元模型；
18、步驟104、根據(jù)實際結(jié)構(gòu)情況選擇合適的單元類型和網(wǎng)格劃分方法；
19、步驟105、對連接件進行建模，包括焊點和鉸鏈，采用相應(yīng)的約束關(guān)系；
20、步驟106、對所述三維有限元模型進行調(diào)整和優(yōu)化，以確保其能夠準(zhǔn)確反映大跨度鋼連廊的實際受力狀態(tài)和變形情況。
21、進一步的，所述步驟s20具體包括：
22、步驟201、根據(jù)大跨度鋼連廊的實際支撐條件，在有限元模型中設(shè)置邊界條件；
23、步驟202、對位于橋墩或抗拔樁上的支座設(shè)置位移約束；
24、步驟203、對其他支座位置設(shè)置滾動或簡支的不同約束條件；
25、步驟204、確定作用于三維有限元模型的恒載，包括鋼連廊自重和附著設(shè)施的永久性荷載；
26、步驟205、確定作用于三維有限元模型的活載，包括人員和車輛的臨時性荷載；
27、步驟206、確定作用于三維有限元模型的環(huán)境荷載，包括風(fēng)荷載和雪荷載；
28、步驟207、根據(jù)相關(guān)設(shè)計規(guī)范的要求，對所確定的各類荷載進行校核和調(diào)整。
29、進一步的，所述步驟s30具體包括：
30、步驟301、建立非線性分析的數(shù)學(xué)模型，包括非線性剛度矩陣、位移向量、外力向量、非線性內(nèi)力向量、應(yīng)變位移矩陣、非線性應(yīng)力張量、彈性矩陣和非線性應(yīng)變張量；
31、步驟302、構(gòu)建非線性平衡方程，包括考慮材料非線性和幾何非線性的影響；
32、步驟303、采用迭代算法求解非線性平衡方程，如牛頓拉夫森法或弧長法；
33、步驟304、計算結(jié)構(gòu)的位移場，包括節(jié)點位移和構(gòu)件變形；
34、步驟305、根據(jù)位移場計算結(jié)構(gòu)的應(yīng)力場，包括各構(gòu)件的軸力、剪力和彎矩；
35、步驟306、提取關(guān)鍵節(jié)點的位移值作為初始撓度值；
36、步驟307、提取關(guān)鍵構(gòu)件的應(yīng)力值作為初始應(yīng)力值。
37、進一步的，非線性分析可采用以下方程組:
38、
39、式中,k(u)為非線性剛度矩陣；u為位移向量；f為外力向量；fnl(u)為非線性內(nèi)力向量；b為應(yīng)變-位移矩陣；σnl(u)為非線性應(yīng)力張量；d為彈性矩陣；εnl(u)為非線性應(yīng)變張量。
40、位移和應(yīng)力計算:
41、
42、式中,為有效剛度矩陣；εu為位移計算誤差；εσ為應(yīng)力計算誤差。
43、進一步的，所述步驟s40具體包括：
44、步驟401、根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范確定大跨度鋼連廊的允許最大撓度值；
45、步驟402、根據(jù)材料性能和結(jié)構(gòu)安全系數(shù)確定大跨度鋼連廊的允許最大應(yīng)力值；
46、步驟403、將步驟s30中得到的初始撓度值與允許最大撓度值進行比較；
47、步驟404、將步驟s30中得到的初始應(yīng)力值與允許最大應(yīng)力值進行比較；
48、步驟405、當(dāng)初始撓度值大于允許最大撓度值或初始應(yīng)力值大于允許最大應(yīng)力值時，判定為不滿足加固要求；
49、步驟406、當(dāng)初始撓度值小于或等于允許最大撓度值且初始應(yīng)力值小于或等于允許最大應(yīng)力值時，判定為滿足加固要求。
50、進一步的，本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種用于加固大跨度鋼連廊的張弦梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其特征在于,包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于加固大跨度鋼連廊的張弦梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟S10具體包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于加固大跨度鋼連廊的張弦梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟S20具體包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于加固大跨度鋼連廊的張弦梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟S30具體包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于加固大跨度鋼連廊的張弦梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟S40具體包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于加固大跨度鋼連廊的張弦梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟S50具體包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于加固大跨度鋼連廊的張弦梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟S60具體包括：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種用于加固大跨度鋼連廊的張弦梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟S70具體包括：
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種用于加固大跨度鋼連廊的張弦梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種用于加固大跨度鋼連廊的張弦梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟S90具體包括：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于加固大跨度鋼連廊的張弦梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其特征在于,包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于加固大跨度鋼連廊的張弦梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟s10具體包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于加固大跨度鋼連廊的張弦梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟s20具體包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于加固大跨度鋼連廊的張弦梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟s30具體包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于加固大跨度鋼連廊的張弦梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟s40具體包括：
6.根據(jù)權(quán)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王琳，趙文寶，趙錫玉，蔡興彬，楊勇，鞏亞，魏寬亮，
申請(專利權(quán))人：中建八局發(fā)展建設(shè)有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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