(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202210929588.3 (22)申请日 2022.08.04 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114997033 A (43)申请公布日 2022.09.02 (73)专利权人 北京建工集团有限责任公司 地址 100055 北京市西城区广莲路1号建工 大厦 专利权人 中国农业大 学　 中国船舶重 工集团国际工程有限 公司　 中冶检测认证有限公司 　 北京市建筑设计研究院有限公司 (72)发明人 王益民　剧锦三　兰涛　傅彦青　 付雅娣　秦凯　赵伯友　李然　桑秀兴　 (74)专利代理 机构 北京谱帆知识产权代理有限 公司 11944 专利代理师 邢旭乔 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/13(2020.01) G06T 17/20(2006.01) (56)对比文件 CN 114319073 A,202 2.04.12 审查员 朱凤姣 (54)发明名称 基于性能的大跨度钢结构闭环分析方法 (57)摘要 本申请提供了一种基于性能的大跨度钢结 构闭环分析方法， 包括： 根据设计要求建立大跨 度钢结构 的有限元模型； 设定施工方法、 临时支 撑和施工流程； 在有限元分析软件中建立临时支 撑的有限元模型， 同时定义结构组、 边界组以及 荷载组； 钝化临时支撑并进行施工模拟计算， 得 到大跨度钢结构的网格屋盖结构的最大竖向位 移， 推算出卸载次数； 验算施工完成后的大跨度 钢结构是否满足设计性能要求； 对施工完成的大 跨度钢结构进行三维扫描得到大跨度钢结构的 实际位移， 并将该实际位移导入有限元分析软件 进行模拟计算， 输出结构安全和最终的零态构 型。 本申请可以解决现有技术没有考虑施工过程 产生的变形和 内力对最终建造完成的大跨度钢 结构承载力性能的影响的问题。 权利要求书2页 说明书7页 附图1页 CN 114997033 B 2022.11.29 CN 114997033 B 1.一种基于性能的大跨度钢结构闭环分析 方法， 其特 征在于， 包括： 步骤S1： 根据设计要求建立大跨度钢结构的有限元模型， 并建立 直角坐标系； 步骤S2： 根据大跨度钢结构的结构特点设定施工方法、 临时支撑和施工流 程； 步骤S3： 根据临时支撑的截面信息、 位置信息、 边界信息， 在有限元分析软件中建立临 时支撑的有限元模型， 同时根据施工流 程定义结构组、 边界组以及 荷载组； 步骤S4： 钝化临时支撑并进行施工模拟计算， 得到大跨度钢结构的网格屋盖结构的最 大竖向位移， 根据设定的卸载高度， 推算出卸载次数； 步骤S5： 利用有限元分析软件进行施工过程计算， 验算施工完成后的大跨度钢结构是 否满足设计性能要求， 所述 步骤S5包括： 步骤S51： 在有限元分析软件后处理界面以表格形式输出大跨度钢结构的位移U ’0(i)， 同时令大跨度钢结构的有限元模型坐标调整值S ’(i)=U’0(i)； 步骤S52： 将坐标调整值S ’(i)反向施加于大跨度钢结构的初始节点坐标X0(i)， 此 时大 跨度钢结构的节点坐标为X ’1(i)=X0(i) ‑S’(i)， 再次进行施工模拟分析， 以表格形式输出 大跨度钢结构的位移U ’1(i)； 步骤S53： 将大跨度钢结构的位移差ΔU ’1(i)=U’1(i)‑U’0(i)与事先给定的精度m进行 比较， 如果 ， 则满足精度要求， 修改大跨度钢结构的有限元模型的节点坐 标得到大跨度钢 结构的最终设计构型X ’(i)=X0(i) ‑S’(i)； 如果 ， 则不满 足精度要求， 令坐标调整值S ’(i)=U’1(i)返回步骤S52， 之后重复运行步骤S52和步骤S53直 至满足精度要求为止， 然后修改大跨度钢结构的有限元模型的节点坐标得到大跨度钢结构 的最终设计构型X ’(i)=X0(i) ‑S’(i)， 其中， 为大跨度钢结构上的所有节点的 位移差的平方之和； 步骤S54： 对大跨度钢结构的最终设计构型按设计标准进行荷载组合承载力验算， 如果 满足设计要求， 则说明大跨度钢结构的性能满足要求， 如果不满足设计要求， 则修改施工方 案后返回所述 步骤S3； 步骤S6： 对施工完成的大跨度钢结构进行三维扫描得到大跨度钢结构的实际位移U ”0 (i)， 并将 该实际位移U ”0(i)导入有限元分析软件进行模拟计算， 输出结构安全和最终的零 态构型； 在所述步骤S1中， 建立直角坐标系时， 以该大跨度钢结构的有限元模型的初始节点坐 标设置为X0(i)， i为节点编号， 其中， 节点编号连续分布， 最小值 为1， 最大值 为n； 所述步骤S6包括： 步骤S61： 对施工完成的大跨度钢结构进行三维扫描， 得到三维点云模型， 将该三维点 云模型与大跨度钢结构的有限元模型进行拟合分析， 得到大跨度钢结构的实际位移U ”0 (i)， 并将该实际位移U ”0(i)导入有限元分析软件进 行模拟计算， 同时令大跨度钢结构的有 限元模型坐标调整值S ”(i)=U”0(i)； 步骤S62： 将坐标调整值S ”(i)反向施加于大跨度钢结构的初始节点坐标X0(i)， 此 时大 跨度钢结构的节点坐标为X ”1(i)=X0(i) ‑S”(i)， 再次进行施工模拟分析， 以表格形式输出 结构位移U ”1(i)； 步骤S63： 将大跨度钢结构的位移差ΔU ”1(i)=U”1(i)‑U”0(i)与事先给定的精度m进行权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114997033 B 2比较， 如果 ， 则满足精度要求， 修改大跨度钢结构的有限元模型的节点坐标 得到结构的最终设计构型X ”(i)=X0(i)‑S”(i)； 如果 ， 则不满足精度要求， 令坐标调整值S ”(i)=U”1(i)返回所述步骤S62， 之后重复运行所述步骤S62和所述步骤S63 直至满足精度要求为止， 然后修改大跨度钢结构的有限元模型的节点坐标得到结构的最 终 设计构型X ”(i)=X0(i)‑S”(i)， 其中， 为大跨度钢结构上的所有节点的位移差的 平方之和； 步骤S64： 对施工完成后的大跨度钢结构的最终设计构型按设计标准进行荷载组合承 载力验算， 如果满足设计要求， 则输出结构安全和最终的零态构型； 如果不满足设计要求， 则输出结构不安全， 修改施工方案后重复所述步骤S61至所述步骤S64， 直至施工完成后的 大跨度钢结构的最终设计构型满足设计要求， 最后输出 结构安全和最终的零态构型。 2.根据权利要求1所述的基于性 能的大跨度钢结构闭环分析方法， 其特征在于， 在所述 步骤S2中： 施工流程包括： 杆件分段信息、 杆件分块信息、 杆件施工顺序以及关键时间节 点， 其中， 所述关键时间节点包括： 杆件焊接时间节点和支座打开时间节点。 3.根据权利要求2所述的基于性 能的大跨度钢结构闭环分析方法， 其特征在于， 在所述 步骤S2中， 杆件在焊接时间节 点前为铰接连接， 采用释放梁端约束进 行模拟， 杆件在杆件焊 接时间节点后为固接连接， 采用钝化梁端约束进 行模拟； 支 座打开前为固接连接， 支座打开 后为铰接连接， 采用释放梁端约束 进行模拟。 4.根据权利要求1所述的基于性 能的大跨度钢结构闭环分析方法， 其特征在于， 在所述 步骤S3中： 所述结构组为每一个施工流 程新安装的杆件或新拆除的杆件； 所述边界组为每一个施工流 程新安装的杆件或新拆除的杆件所包 含的边界信息； 所述荷载组为每一个施工流 程新增加的荷载或新消失的荷载。 5.根据权利要求4所述的基于性 能的大跨度钢结构闭环分析方法， 其特征在于， 在所述 步骤S3中， 根据所述施工流程定义结构组、 边界组以及荷载 组之后还包括： 定义安装过程施 工阶段， 每个施工阶段激活对应施工流程新增加的所述结构组、 所述边界组和所述荷载 组， 钝化对应施工流 程新消失的所述结构组、 所述 边界组和所述荷载组。 6.根据权利要求1所述的基于性 能的大跨度钢结构闭环分析方法， 其特征在于， 所述步 骤S64中， 修改施工方案的方式包括： 当大跨度钢结构的屋盖结构杆件不满足设计要求 时， 如果杆件下部具备搭设临时支撑 的条件， 则增设临时支撑； 否则考虑预起拱； 当临时支撑不满足设计要求时， 则增大截面。 7.根据权利要求6所述的基于性 能的大跨度钢结构闭环分析方法， 其特征在于， 所述三 维点云模型利用数据整合、 降噪抽稀或者数据导出的方式处 理得到。 8.根据权利要求7所述的基于性 能的大跨度钢结构闭环分析方法， 其特征在于， 在所述 步骤S64中， 如果不满足设计要求， 则输出结构不安全， 则进行局 部补强、 加固， 之后在大跨 度钢结构的有限元模型中修改相应杆件以修改施工方案， 然后再重复所述步骤S61至所述 步骤S64。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114997033 B 3