一种空间扭转钢结构实用建模方法技术

本发明专利技术提供一种空间扭转钢结构实用建模方法，属于钢结构技术领域，即：利用三维建模软件，先建立起空间扭转钢构件的三维仿真模型，按照该仿真模型确定空间扭转钢构件与整体结构间的关系，并通过通用文件格式将三维仿真模型导入计算分析软件；再依据受力等效的原则，通过整体结构受力确定空间扭转钢构件的边界条件，最后完成空间扭转钢构件的建模。本发明专利技术可以解决大型空间钢构件，尤其是空间扭转状等造型复杂的钢构件难以建模和计算的问题，确保了建模精度，最大限度的保证了受力的等效性，具有实用性。具有实用性。具有实用性。

【技术实现步骤摘要】
一种空间扭转钢结构实用建模方法


[0001]本专利技术属于钢结构
，尤其涉及一种空间扭转钢结构实用建模方法。

技术介绍

[0002]空间扭索面曲塔斜拉桥是一种比较新型的结构形式，在200m跨径的情况下，相比于其他相似跨径的桥梁造型方案，桥塔造型更加优美时尚，视觉效果突出，对提升城市风貌的作用明显，有较高辨识度，地标效应突出。传统独塔斜拉桥的塔身类型一般有独柱型、双柱型、门型、H型、A型、钻石型、倒Y型和花瓶型等等，这些塔型由于塔身的几何形态较为规则，并且有大量的工程经验可以参考，可根据现有的规范进行设计。而空间扭索面曲塔斜拉桥的主塔结构中采用了大量的空间扭曲面钢板，拉索索面也为空间扭曲面，相对于传统斜拉桥，这部分空间扭转钢构件的受力性能和极限承载力无法通过传统方法进行分析，因此必须借助精细化有限元建模对其进行分析并确定合理构造。
[0003]为解决上述问题，本专利技术介绍了一种三维建模方法用以解决大型空间钢构件，尤其是空间扭转状等造型复杂的钢构件难以建模和计算的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种空间扭转钢结构实用建模方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0005]S1：在三维建模软件中建立主梁、主塔和斜拉索等构件的三维仿真模型；
[0006]S2：将各构件合并为三维仿真整体模型；
[0007]S3：在三维仿真整体模型中截取局部的空间扭转钢构件三维仿真模型；
[0008]S4：通过通用文件格式将空间扭转钢构件三维仿真模型导入计算分析软件；
[0009]S5：在计算分析软件中，根据具体设计图纸进行不同节段的划分，得到分段后的模型部件，并通过截面特性定义分别对模型部件进行壳单元的厚度指派；
[0010]S6：依据受力等效原则，通过整体结构受力确定空间扭转钢构件的边界条件，完成空间扭转钢构件的建模。
[0011]进一步地，S1中，主梁包括顶板、底板、腹板、横隔板和小纵梁等；主塔为空间扭曲面拱塔，包括外壁、内筒、横隔板和索塔区钢锚梁。
[0012]进一步地，腹板包括曲腹板和直腹板，曲腹板在三维建模软件中根据空间曲线放样建立，直腹板通过特定距离的拉伸建立；内筒包括内筒顶底板和内筒腹板。
[0013]进一步地，内筒和外壁皆设有加劲肋。
[0014]进一步地，S3中，空间扭转钢构件三维仿真模型包括四个固结结点和四个由于截断产生的截面；S6中，通过在四个截面上施加相应的载荷和边界实现与整体模型的受力等效。
[0015]进一步地，截面远离固结结点设置，用以保证局部截断对受力不造成影响。
[0016]进一步地，S6中，采用多点约束来保证荷载可以均匀地传递到构件截面上，达到施
加等效荷载和确定等效边界的目的。
[0017]进一步地，多点约束是以指定节点的一个或多个自由度为标准值，使其他节点相关自由度与指定节点建立关系。
[0018]与现有技术相比，本专利技术实现了空间扭转钢构件的三维建模，以解决大型空间钢构件，尤其是空间扭转状等造型复杂的钢构件难以建模和计算的问题，确保了建模精度，最大限度的保证了受力的等效性，具有实用性。
附图说明
[0019]图1为本专利技术一实施例的整体立面布置图；
[0020]图2为图1所示实施例中空间扭转钢构件的立面图；
[0021]图3为图1所示实施例中空间扭转钢构件的侧面图。
具体实施方式
[0022]下面将结合示意图对本专利技术一种空间扭转钢结构实用建模方法进行更详细的描述，其中表示了本专利技术的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本专利技术，而仍然实现本专利技术的有利效果，因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本专利技术的限制。
[0023]如图1
‑
3所示，一种空间扭转钢构件实用建模方法，包括以下步骤：
[0024]1)：在三维建模软件中分别建立主梁、主塔和斜拉索等构件的三维仿真模型。其中，主梁模型包括顶板、底板、腹板、横隔板、小纵梁等结构，腹板包括曲腹板和直腹板，曲腹板在三维建模软件中根据空间曲线放样建立，直腹板通过特定距离的拉伸建立；主塔的形状为空间扭曲面拱塔，主要构造包括外壁、内筒、横隔板、索塔区钢锚梁，内筒又分为内筒顶底板、内筒腹板，内筒和外壁又分别布置有加劲肋。其中，三维软件可为SolidWorks、犀牛等。
[0025]2)：将各构件合并为三维仿真整体模型。
[0026]3)：在三维仿真整体模型中截取局部的空间扭转钢构件三维仿真模型。
[0027]考虑模型的计算效率，计算过程中没有建立加劲肋实体，而是采用了等代板厚的方式考虑加劲肋质量的影响，忽略了加劲肋刚度的贡献。为了节省计算量，并且更完备地考虑加劲肋的影响，以得到更精确的空间扭转钢构件计算结果的应力结果，在整体模型的基础上截取空间扭转钢构件局部模型，空间扭转钢构件局部模型是在先建好整体模型的基础上，从中截取出包含四个固结结点的部分。
[0028]塔梁固结局部模型的主体网格采用400mm,结构中需要优化构造，解决应力集中问题的四个局部固结区采用200mm的加密网格。
[0029]空间扭转钢构件局部模型有四个由于截断产生的截面，在截面上通过加上相应的荷载和边界使其受力与整体模型的受力等效。塔柱保留主梁下方的三角区，主梁上方的塔柱在合适位置的横隔板处截开，截开的截面位置离塔梁固结点有一定距离，以保证局部截开对受力基本不造成影响。主梁在纵向合适的位置截开，截开位置距离塔梁固结点和腿梁固结点有一定距离，以保证对四个结点的受力基本不造成影响。
[0030]4)：通过通用文件格式将空间扭转钢构件三维仿真模型导入计算分析软件。计算
分析软件为ABAQUS、ANSYS等软件。
[0031]5)：在计算分析软件中，根据具体设计图纸进行不同节段的划分，得到分段后的模型部件，并通过截面特性定义分别对模型部件进行壳单元的厚度指派。
[0032]6)：为了更好地模拟空间扭转钢构件模型受力，以受力等效为原则，选用MPC(Multi
‑
PointConstraints，多点约束)来保证荷载可以均匀地传递到构件截面上，达到施加等效荷载和确定等效边界的目的。
[0033]多点约束，即以某一节点的一个或者多个自由度为标准值，指定其他节点相关自由度与之建立关系。本实例模型中，在塔柱对应截面处创建参考点且在整个平面上创建MPC约束，并建立不同的局部坐标系，创建空间的三个集中力和三个集中弯矩荷载，通过MPC约束均匀地传递到整个截面上。同理，在主梁对应截面处也创建参考点且在整个平面上创建MPC约束，并建立不同的局部坐标系，创建空间的三个集中力和三个集中弯矩荷载，通过MPC约束均匀地传递到整个截面上。相应的边界设置在双主梁的一对箱梁上。
[0034]上述仅为本专利技术的优选实施例而已，并不对本专利技术起到任何限制作用。任何所属
的技术人员，在不脱离本专利技术的技本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空间扭转钢结构实用建模方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：在三维建模软件中建立桥梁各构件的三维仿真模型；S2：将各构件合并为三维仿真整体模型；S3：在三维仿真整体模型中截取局部的空间扭转钢构件三维仿真模型；S4：通过通用文件格式将空间扭转钢构件三维仿真模型导入计算分析软件；S5：在计算分析软件中，根据具体设计图纸进行不同节段的划分，得到分段后的模型部件，并通过截面特性定义分别对模型部件进行壳单元的厚度指派；S6：依据受力等效原则，通过整体结构受力确定空间扭转钢构件的边界条件，完成空间扭转钢构件的建模。2.根据权利要求1所述的空间扭转钢结构实用建模方法，其特征在于，所述S1中，桥梁的构建包括主梁、主塔和斜拉索；所述主梁包括顶板、底板、腹板、横隔板和小纵梁；所述主塔为空间扭曲面拱塔，包括外壁、内筒、横隔板和索塔区钢锚梁。3.根据权利要求2所述的空间扭转钢结构实用建模方法，其特征在于，所述腹板包括曲腹板和直腹板，所述曲腹板在三维建模软件中根据空间...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂斌，王定全，吴用贤，罗程巍，姜旭，孙旭霞，孙丽明，邓青儿，陈轶迪，施政，周振宇，
申请(专利权)人：成都交通投资集团有限公司，
类型：发明
国别省市：