一种空间扭转钢结构实用建模方法与流程

本发明属于钢结构，尤其涉及一种空间扭转钢结构实用建模方法。

背景技术：

1、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。

2、为解决上述问题，本发明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

1、本发明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：

2、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；

3、s2：将各构件合并为三维仿真整体模型；

4、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；

5、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；

6、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；

7、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。

8、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。

9、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。

10、进一步地，内筒和外壁皆设有加劲肋。

11、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。

12、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。

13、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。

14、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。

15、与现有技术相比，本发明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。

技术特征：

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：

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曲线放样建立，所述直腹板通过特定距离的拉伸建立；所述内筒包括内筒顶底板和内筒腹板。

4.根据权利要求3所述的空间扭转钢结构实用建模方法，其特征在于，所述内筒和外壁皆设有加劲肋。

5.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s3中，所述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；所述s6中，通过在四个所述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。

6.根据权利要求5所述的空间扭转钢结构实用建模方法，其特征在于，所述截面远离所述固结结点设置，用以保证局部截断对受力不造成影响。

7.根据权利要求5所述的空间扭转钢结构实用建模方法，其特征在于，所述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。

8.根据权利要求7所述的空间扭转钢结构实用建模方法，其特征在于，所述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。

技术总结
本发明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。

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
受保护的技术使用者：成都交通投资集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13