專利名稱：結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算中的伴隨工程處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種土木建筑工程技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是一種結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算中的伴隨工程處理方法，即對(duì)在不同荷載作用下結(jié)構(gòu)受力形態(tài)不同結(jié)構(gòu)，建立多個(gè)伴隨計(jì)算模型，分別獨(dú)立計(jì)算，最終合并計(jì)算結(jié)果的處理方法。
背景技術(shù)：
土木建筑工程中的結(jié)構(gòu)計(jì)算是多工況計(jì)算，即在一個(gè)結(jié)構(gòu)上作用多種類型的荷載，分別計(jì)算在這些荷載作用下的構(gòu)件工況內(nèi)力，然后將這些工況內(nèi)力按出現(xiàn)的概率進(jìn)行荷載組合得到組合內(nèi)力，最后根據(jù)組合內(nèi)力驗(yàn)算結(jié)構(gòu)中構(gòu)件是否滿足承載的要求。
但實(shí)際工程中存在大量在不同荷載作用下結(jié)構(gòu)受力形態(tài)不同的情況。例如半剛性鋼框架結(jié)構(gòu)，在重力荷載、風(fēng)荷載作用下框架節(jié)點(diǎn)是完全剛性，而在地震作用下框架節(jié)點(diǎn)剛度折減按半剛性計(jì)算。再如混凝土板柱結(jié)構(gòu)中，在重力荷載作用下考慮塑性內(nèi)力重分布和柱端板彎矩調(diào)幅需要將柱端板的剛度進(jìn)行折減，而在風(fēng)荷載、地震作用下需要按柱端板的完全剛度進(jìn)行計(jì)算。再如高層框-剪結(jié)構(gòu)在重力荷載作用下豎向變形差的問題，一種處理方法是增大柱的軸向剛度，但在風(fēng)荷載、地震作用下則不能采用增大后的柱剛度，因?yàn)闀?huì)影響結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度的計(jì)算。
對(duì)這種在不同荷載作用下結(jié)構(gòu)形態(tài)不同的問題，常用的處理方法是按同一種結(jié)構(gòu)形態(tài)計(jì)算各種荷載作用下的內(nèi)力，然后再對(duì)其中的一些工況內(nèi)力進(jìn)行調(diào)整。如半剛性框架結(jié)構(gòu)，先按全剛性框架節(jié)點(diǎn)計(jì)算，再對(duì)地震內(nèi)力按半剛性節(jié)點(diǎn)釋放端部內(nèi)力。這種處理方法是一種近似的方法，人為調(diào)整后不能達(dá)到內(nèi)力平衡，與實(shí)際情況有差別。更重要的，多數(shù)問題不能通過內(nèi)力調(diào)整解決，如上面提到的板柱結(jié)構(gòu)的柱端板彎矩調(diào)幅、高層框-剪結(jié)構(gòu)豎向變形差問題，即很難通過內(nèi)力調(diào)整實(shí)現(xiàn)。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，美國目標(biāo)儲(chǔ)油層公司申請(qǐng)的中國專利“有限元模型中的特征建模方法”(申請(qǐng)?zhí)朇N01802219.7)，公開了一種使用有限元技術(shù)仿真物理系統(tǒng)的方法，其特征是對(duì)同一系統(tǒng)的不同區(qū)域分別建立模型，通過模型的邊界點(diǎn)建立各模型之間的關(guān)聯(lián)性。但是該專利技術(shù)不是對(duì)同一系統(tǒng)(結(jié)構(gòu))建立多個(gè)具有不同屬性的模型，并且各模型相互獨(dú)立，只是對(duì)各模型的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行合并的處理方法，與本發(fā)明不同。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算中的伴隨工程處理方法，使其建立多個(gè)伴隨計(jì)算模型，分別獨(dú)立計(jì)算，最終合并計(jì)算結(jié)果的處理方法，為不同荷載作用下結(jié)構(gòu)受力形態(tài)不同的結(jié)構(gòu)的計(jì)算問題提供新型、便捷的解決方法。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，不分明對(duì)于不同荷載作用下結(jié)構(gòu)受力形態(tài)不同結(jié)構(gòu)，建立多個(gè)伴隨計(jì)算模型，分別獨(dú)立計(jì)算，最終合并計(jì)算結(jié)果，具體步驟如下(1)針對(duì)結(jié)構(gòu)不同的受力狀態(tài)，分別建立多個(gè)伴隨工程計(jì)算模型。
(2)各伴隨工程計(jì)算模型之間要求如下幾點(diǎn)相同計(jì)算節(jié)點(diǎn)數(shù)、構(gòu)件單元類型、構(gòu)件單元數(shù)量、由構(gòu)件連接形成的結(jié)構(gòu)空間幾何關(guān)系。
(3)各伴隨計(jì)算模型分別獨(dú)立計(jì)算，得到構(gòu)件內(nèi)力和結(jié)構(gòu)變形。
(4)以其中一個(gè)模型為基礎(chǔ)，合并另外模型的計(jì)算結(jié)果。當(dāng)選擇一個(gè)模型的結(jié)果時(shí)，須選擇該模型的內(nèi)力、位移等全部結(jié)果。當(dāng)選擇一個(gè)模型的結(jié)果時(shí)，不同時(shí)選擇另外模型的結(jié)果。
(5)按合并后的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
由于結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算最直接的結(jié)果是構(gòu)件內(nèi)力和位移，這是用于后續(xù)設(shè)計(jì)的主要參數(shù)。不同的計(jì)算模型中，只要節(jié)點(diǎn)數(shù)、構(gòu)件單元類型、構(gòu)件單元數(shù)量、結(jié)構(gòu)空間幾何關(guān)系等因素相同，內(nèi)力和位移的數(shù)量即相同，即具備了數(shù)據(jù)合并的基礎(chǔ)。實(shí)際工程中在不同荷載作用下結(jié)構(gòu)受力形態(tài)不同的結(jié)構(gòu)是復(fù)雜多樣的，但只要滿足本發(fā)明所歸納出的四個(gè)要素，即可按本發(fā)明方法進(jìn)行處理。
利用本發(fā)明方法，可以對(duì)各種荷載作用，建立不同的計(jì)算模型。這樣可以在各個(gè)計(jì)算模型中充分體現(xiàn)與荷載對(duì)應(yīng)的實(shí)際受力狀態(tài)，而不必進(jìn)行簡化、近似處理，使得計(jì)算結(jié)果更精確、可靠。
本發(fā)明方法以已有的有限元技術(shù)為基礎(chǔ)，可以在已有的有限元計(jì)算程序基礎(chǔ)上，稍作改動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)。因此本發(fā)明方法是一種簡便易行、精確可靠的處理方法，具有重要的實(shí)用價(jià)值。
具體實(shí)施例方式
為更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，以下結(jié)合具體的實(shí)施例作進(jìn)一步描述。
以下為具體的實(shí)施例對(duì)于一個(gè)框-剪高層建筑結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)中需要包含豎向重力荷載、側(cè)向風(fēng)荷載、地震作用荷載等三類荷載作用。在豎向重力荷載作用下，為了反映實(shí)際的豎向差異變形，需要將結(jié)構(gòu)中框架柱的剛度增大2～4倍。而在風(fēng)、地震作用下，需要按柱的實(shí)際剛度值計(jì)算。
采用本發(fā)明方法，建立兩個(gè)伴隨工程數(shù)據(jù)模型。模型A的柱剛度不增大，用于計(jì)算風(fēng)、地震荷載作用。模型B柱剛度增大3倍，用于計(jì)算豎向重力荷載。模型A、模型B之間如下幾點(diǎn)相同計(jì)算節(jié)點(diǎn)數(shù)、構(gòu)件單元類型、構(gòu)件單元數(shù)量、由構(gòu)件連接形成的結(jié)構(gòu)空間幾何關(guān)系。
本發(fā)明可以采用軟件實(shí)現(xiàn)，在實(shí)際軟件操作中，只需建立模型A。然后由模型A復(fù)制得到模型B，在模型B中只需通過合適的方式修改柱的剛度系數(shù)即可。操作過程非常簡單。
對(duì)模型A、B分別獨(dú)立計(jì)算，得到各類荷載工況對(duì)應(yīng)的內(nèi)力和變形。
以模型A為基礎(chǔ)，合并模型B中的豎向重力荷載作用下的構(gòu)件內(nèi)力、結(jié)構(gòu)變形的計(jì)算值。
以模型A為基礎(chǔ)，根據(jù)合并的豎向重力荷載、風(fēng)荷載、地震作用等工況作用下的內(nèi)力、變形，進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件驗(yàn)算，完成該框-剪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
通過本實(shí)施例可看出，對(duì)于在不同荷載作用下結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)不同的工程問題，采用本發(fā)明方法處理過程非常簡單。并且對(duì)不同的荷載作用，嚴(yán)格按相應(yīng)得受力狀態(tài)建立計(jì)算模型，不做任何簡化、近似處理，計(jì)算結(jié)果精確可靠。
權(quán)利要求
1.一種結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算中的伴隨工程處理方法，其特征在于對(duì)于不同荷載作用下結(jié)構(gòu)受力形態(tài)不同結(jié)構(gòu)，建立多個(gè)伴隨計(jì)算模型，分別獨(dú)立計(jì)算，最終合并計(jì)算結(jié)果，具體步驟如下(1)針對(duì)結(jié)構(gòu)不同的受力狀態(tài)，分別建立多個(gè)伴隨工程計(jì)算模型；(2)各伴隨工程計(jì)算模型之間要求具有相同點(diǎn)；(3)各伴隨計(jì)算模型分別獨(dú)立計(jì)算，得到構(gòu)件內(nèi)力和結(jié)構(gòu)變形；(4)以其中一個(gè)模型為基礎(chǔ)，合并另外模型的計(jì)算結(jié)果；(5)按合并后的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算中的伴隨工程處理方法，其特征是，所述的步驟(2)，各伴隨工程計(jì)算模型之間的要求的相同點(diǎn)，具體為計(jì)算節(jié)點(diǎn)數(shù)、構(gòu)件單元類型、構(gòu)件單元數(shù)量、由構(gòu)件連接形成的結(jié)構(gòu)空間幾何關(guān)系。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算中的伴隨工程處理方法，其特征是，所述的步驟(4)，以其中一個(gè)模型為基礎(chǔ)合并另外模型的計(jì)算結(jié)果，具體為當(dāng)選擇一個(gè)模型的結(jié)果時(shí)，須選擇該模型的內(nèi)力、位移的全部結(jié)果，當(dāng)選擇一個(gè)模型的結(jié)果時(shí)，不再選擇另外模型的結(jié)果。
全文摘要
一種結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算中的伴隨工程處理方法，屬于土木建筑工程技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明對(duì)于不同荷載作用下結(jié)構(gòu)受力形態(tài)不同結(jié)構(gòu)，建立多個(gè)伴隨計(jì)算模型，分別獨(dú)立計(jì)算，最終合并計(jì)算結(jié)果。步驟如下(1)針對(duì)結(jié)構(gòu)不同的受力狀態(tài)分別建立多個(gè)伴隨工程計(jì)算模型。(2)各模型之間要求具有相同點(diǎn)。(3)各伴隨計(jì)算模型分別獨(dú)立計(jì)算。(4)合并各模型的計(jì)算結(jié)果。(5)按合并后的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本發(fā)明方法，為不同荷載作用下結(jié)構(gòu)受力形態(tài)不同的結(jié)構(gòu)的計(jì)算問題，提供了便捷、有效的解決方法，使這類結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算更合理準(zhǔn)確。
文檔編號(hào)G06F17/50GK1838133SQ20061002609
公開日2006年9月27日 申請(qǐng)日期2006年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月27日
發(fā)明者謝靖中 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)