一种薄膜型围护系统搭设平台的屈曲分析方法与流程

1.本技术涉及围护系统搭设平台稳定性分析技术领域，具体而言，涉及一种薄膜型围护系统搭设平台的屈曲分析方法。


背景技术：

2.薄膜型lng舱中的脚手架体系作为薄膜型围护系统的搭设平台，是施工过程中的关键部件。由于要在搭设平台的中间平台上进行绝缘板等部件的储存及对绝缘板敷设承载树脂的工作。且搭设平台的顶层平台为满铺层，其余平台为局部承重，搭设平台的四周角落处和伸缩区域需要供吊车操作，由此可见，搭设平台的整体稳定性直接关系着各种施工工况。因此，需要确保薄膜型围护系统的搭设平台的稳定性满足要求。
3.对结构进行稳定性分析时，通常应考虑二阶p-δ效应，即考虑几何非线性对结构内力和变形产生的影响，即通常是要给要分析的构件添加初始缺陷。传统的添加初始缺陷方式为按照单根梁对假想均布载荷进行等效简化，而薄膜型围护系统的搭设平台是多根梁的组合梁结构，参见图2，包括组合立柱、桁架片和节点框架等。如果继续按照单根梁对假想均布载荷进行等效简化的屈曲分析，是无法真实反应薄膜型围护系统的搭设平台的几何非线性对结构内力和变形产生的影响，进而导致搭设平台的稳定性分析结果不准确，从而存在安全隐患。


技术实现要素：

4.本技术实施例的目的在于提供一种薄膜型围护系统搭设平台的屈曲分析方法，其解决了现有的搭设平台的简化的屈曲分析导致的稳定性预测结果不准确，存在安全隐患的问题。
5.提供了一种薄膜型围护系统搭设平台的屈曲分析方法，包括：
6.s1、构建搭设平台的分析模型，添加工况载荷，构成总的刚度矩阵，进行一阶屈曲分析，得到工况下的一阶屈曲模态的特征值和特征向量，在一阶屈曲模态中计算出失稳点；
7.s2、选取失稳点，重新构建失稳点所属构件的分析模型，在失稳处添加均布载荷f，使均布载荷f的方向与一阶屈曲模态的特征向量保持一致，进行静力分析求解模型在失稳点处的最大位移量d；
8.s3、求解假想均布载荷f’；
9.s4、在一阶屈曲分析基础上增加求解出的用于模拟初始缺陷的假想均布载荷f’，增加假想均布载荷f’后更新几何刚度，重新进行二阶屈曲模态分析得到新的二阶屈曲模态。
10.在一种实施方案中，所述s1中，所述工况载荷包括：
11.所述载荷包括自重恒荷载、堆放区域恒荷载和工作区域活荷载，所述工况载荷为预定平台的自重恒荷载、堆放区域恒荷载与工作区域活荷载三者之和。
12.在一种实施方案中，所述s1中，所述自重恒荷载的荷载系数为1.37，堆放区域恒荷
载为2.45kn/m2，工作区域活荷载作用于中间平台的储存区域为2.45kn/m2，作用于顶层平台为1.0kn/m2；作用于其它层平台为1.96kn/m2。
13.在一种实施方案中，所述s3中，包括利用公式：求解出假想均布载荷f’，式中：l为结构跨度，最大几何缺陷值取l/300。
14.在一种实施方案中，所述均布载荷f为1kn/mm。
15.在一种实施方案中，所述s1中，所述总的刚度矩阵包括弹性刚度矩阵[k]和几何刚度矩阵[kg]，所述总的刚度矩阵为[k]{u}+[kg]{u}＝{p}，式中：[k]为结构的弹性刚度矩阵，{u}为结构的位移向量，{p}为载荷向量。
[0016]
在一种实施方案中，所述s2中，包括利用公式：[k]{u}＝{p}，进行静力分析。
[0017]
在一种实施方案中，所述几何刚度矩阵且[k+λkg]{u}＝{p}，式中，α为荷载系数，为屈曲分析所输入荷载的结构的几何刚度矩阵。
[0018]
在一种实施方案中，所述s1中，所述进行一阶屈曲分析，得到工况下的一阶屈曲模态的特征值包括：对平衡方程|k+λi[kg]|＝0求解，得到一阶屈曲模态的特征值λi。
[0019]
本技术中的薄膜型围护系统搭设平台的屈曲分析方法具有的有益效果：
[0020]
本发明采用新的方法和计算公式：重新定义组合梁的初始缺陷，以整个结构体系为对象进行二阶非线性分析，使薄膜型围护系统搭设平台的屈曲分析结果准确，从而提高的稳定性的预测准确性。
附图说明
[0021]
为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0022]
图1为根据本技术实施例示出的一种薄膜型围护系统搭设平台的屈曲分析方法的流程图；
[0023]
图2为根据本技术实施例示出的一种薄膜型围护系统的搭设平台的结构示意图；
[0024]
图3为根据本技术实施例示出的一种薄膜型围护系统的搭设平台的屈曲分析模型一；
[0025]
图4为图3中失稳点所属构件的屈曲分析模型；
[0026]
图5为根据本技术实施例示出的一种薄膜型围护系统的搭设平台的屈曲分析模型二；
[0027]
图6为图5中失稳点所属构件的屈曲分析模型。
具体实施方式
[0028]
为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施
例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0029]
因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0030]
图1为根据本技术实施例示出的一种薄膜型围护系统搭设平台的屈曲分析方法的流程图。参见图1，包括：
[0031]
s1、构建搭设平台的分析模型，添加工况载荷，构成总的刚度矩阵，进行一阶屈曲分析，得到工况下的一阶屈曲模态的特征值和特征向量，在一阶屈曲模态中计算出失稳点；其中，载荷包括自重恒荷载、堆放区域恒荷载和工作区域活荷载，工况载荷为预定平台的自重恒荷载、堆放区域恒荷载与工作区域活荷载三者之和，即1.0
×
(自重恒荷载+堆放区域恒荷载)+1.0
×
(某一平台工作区域活荷载)。自重恒荷载由程序自动计算，并考虑荷载系数为1.37，堆放区域恒荷载，仅作用于中间平台某层储存区域，为2.45kn/m2，工作区域活荷载作用于中间平台的储存区域为2.45kn/m2，作用于顶层平台为1.0kn/m2；作用于其它每一层平台为1.96kn/m2。载荷加载方式:面荷载转换为线荷载施加。根据薄膜型维护系统搭设平台的结构特点，为分析模型添加适配的屈曲分析载荷工况。
[0032]
s2、选取失稳点，重新构建失稳点所属构件的分析模型，在失稳处添加均布载荷f，使均布载荷f的方向与一阶屈曲模态的特征向量保持一致，进行静力分析求解模型在失稳点处的最大位移量d；
[0033]
s3、求解假想均布载荷f’；具体为，利用公式：求解出假想均布载荷f’，式中：l为结构跨度，最大几何缺陷值取l/300。先用均布载荷f得到最大位移量d，再把这个位移放大得到初始缺陷的解假想均布载荷f’。
[0034]
s4、在一阶屈曲分析基础上增加求解出的用于模拟初始缺陷的假想均布载荷f’，增加假想均布载荷f’后更新几何刚度，重新进行二阶屈曲模态分析得到新的二阶屈曲模态。实现针对薄膜型维护系统准确考虑初始缺陷的屈曲分析。
[0035]
在上述实施过程中，基于薄膜型维护系统搭设平台的组合构件的结构特点，通过先对一阶屈曲模态分析，再利用均布载荷f得到最大位移量d，再将得到的位移放大以得到初始缺陷的解假想均布载荷f’，最后利用假想均布载荷f’进而得到二阶屈曲模态。即本发明采用新的方法和计算公式：重新定义组合梁的初始缺陷，以整个结构体系为对象进行二阶非线性分析。实现充分考虑初始缺陷的基础上的屈曲分析，进而提高对薄膜型围护系统搭设平台进行稳定性分析的准确性。
[0036]
在一种实施方案中，由于均布载荷f与最大位移量d接近线性关系，均布载荷f可以取值为1kn/mm，以实现快速计算出最大位移量d。
[0037]
线性屈曲分析主要用于求解桁架、梁单元或者板单元构成的结构的临界载荷系数和分析对应的屈曲模态。在一种实施方案中，线性屈曲分析公式如下：
[0038]
在一定变形状态下的结构静力平衡方程式可以写为下列形式：
[0039]
[k]{u}+[kg]{u}＝{p}
[0040]
其中
[0041]
[k]为结构的弹性刚度矩阵；
[0042]
[kg]为结构的几何刚度矩阵；
[0043]
{u}为结构的位移向量；
[0044]
{p}为结构的外力向量。
[0045]
此外，在一种实施方案中，几何刚度矩阵可以按下列表示为载荷系数和受载荷作用的结构的几何刚度矩阵的乘积：
[0046][0047]
其中，α为荷载系数，为屈曲分析所输入荷载的结构的几何刚度矩阵。
[0048]
则，[k+λkg]{u}＝{p}，
[0049]
若结构处于不稳定状态的话，其平衡方程[k
eq
]＝[k+λkg]必须有特殊解，其中，几何刚度矩阵且[k+λkg]{u}＝{p}，式中，α为荷载系数，为屈曲分析所输入荷载的结构的几何刚度矩阵。即等价刚度矩阵的行列式|k+λi[kg]|＝0时发生屈曲。以最终求解出特征值λi，实现对薄膜型维护系统搭设平台的一阶屈曲模态分析。
[0050]
在一种实施方案中，s2中，包括利用公式：[k]{u}＝{p}，进行静力分析。
[0051]
实施例一：
[0052]
利用上述方法对搭设平台进行屈曲分析。
[0053]
第一步：结构初始几何缺陷模式可按最低阶屈曲模态。参见图3，即首先进行线性屈曲分析，得到一阶屈曲模态，观察发生屈曲的构件。得出一阶屈曲模态特征向量最大出现在桁架片上(图3中的黑线框内结构)。
[0054]
第二步：选取失稳点，重新构建分析模型，具体分析模型参见图4。模拟初始缺陷，建立一个静力荷载工况，即在桁架片整个跨度l添加单位均布载荷f，均布载荷方向向下，与一阶屈曲模态分析结果一致，进行静力分析，求解失稳处的最大位移d。
[0055]
第三步：对大跨度的钢结构体系，最大几何缺陷值可取l/300，l为桁架片跨度，利用公式：
[0056][0057]
求解出用于模拟初始缺陷的假想均布载荷。
[0058]
第四步：利用直接法进行二阶屈曲分析。
[0059]
实施例二：
[0060]
利用上述方法对搭设平台进行屈曲分析。
[0061]
第一步：结构初始几何缺陷模式可按最低阶屈曲模态。参见图5，即首先进行线性屈曲分析，得到一阶屈曲模态，观察发生屈曲的构件。得出一阶屈曲模态特征向量最大出现在组合柱上(图5中的虚线框结构)。
[0062]
第二步：选取失稳点，重新构建分析模型，该分析模型为图5中的黑色框结构，具体参见图6。模拟初始缺陷，建立一个静力荷载工况，在组合柱整个高度加上单位均布载荷f，均布载荷方向与一阶屈曲模态分析结果一致，进行静力分析，求解失稳处的最大位移d。
[0063]
第三步：对大跨度的钢结构体系，最大几何缺陷值可取l/300，l为组合柱跨度，利用公式：
[0064][0065]
求解出用于模拟初始缺陷的假想均布载荷。
[0066]
第四步：利用直接法进行二阶屈曲分析。
[0067]
在上述实施例中，通过本方法对组合构件进行屈曲分析，采用新的方法和计算公式重新定义组合梁的初始缺陷，实现准确计算薄膜型围护系统搭设平台的初始缺陷，并校核工况下脚手架结构稳定性。
[0068]
以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种薄膜型围护系统搭设平台的屈曲分析方法，其特征在于，包括：s1、构建搭设平台的分析模型，添加工况载荷，构成总的刚度矩阵，进行一阶屈曲分析，得到工况下的一阶屈曲模态的特征值和特征向量，在一阶屈曲模态中计算出失稳点；s2、选取失稳点，重新构建失稳点所属构件的分析模型，在失稳处添加均布载荷f，使均布载荷f的方向与一阶屈曲模态的特征向量保持一致，进行静力分析求解模型在失稳点处的最大位移量d；s3、求解假想均布载荷f’；s4、在一阶屈曲分析基础上增加求解出的用于模拟初始缺陷的假想均布载荷f’，增加假想均布载荷f’后更新几何刚度，重新进行二阶屈曲模态分析得到新的二阶屈曲模态。2.根据权利要求1所述的薄膜型围护系统搭设平台的屈曲分析方法，其特征在于，所述s1中，所述工况载荷包括：所述载荷包括自重恒荷载、堆放区域恒荷载和工作区域活荷载，所述工况载荷为预定平台的自重恒荷载、堆放区域恒荷载与工作区域活荷载三者之和。3.根据权利要求2所述的薄膜型围护系统搭设平台的屈曲分析方法，其特征在于，所述s1中，所述自重恒荷载的荷载系数为1.37，堆放区域恒荷载为2.45kn/m2，工作区域活荷载作用于中间平台的储存区域为2.45kn/m2，作用于顶层平台为1.0kn/m2；作用于其它层平台为1.96kn/m2。4.根据权利要求1所述的薄膜型围护系统搭设平台的屈曲分析方法，其特征在于，所述s3中，包括利用公式：求解出假想均布载荷f’，式中：l为结构跨度，最大几何缺陷值取l/300。5.根据权利要求1所述的薄膜型围护系统搭设平台的屈曲分析方法，其特征在于，所述均布载荷f为1kn/mm。6.根据权利要求1所述的薄膜型围护系统搭设平台的屈曲分析方法，其特征在于，所述s1中，所述总的刚度矩阵包括弹性刚度矩阵[k]和几何刚度矩阵[k
g
]，所述总的刚度矩阵为[l]{u}+[k
g
]{u}＝{p}，式中：[k]为结构的弹性刚度矩阵，{u}为结构的位移向量，{p}为载荷向量。7.根据权利要求6所述的薄膜型围护系统搭设平台的屈曲分析方法，其特征在于，所述s2中，包括利用公式：[k]{u}＝{p}，进行静力分析。8.根据权利要求6所述的薄膜型围护系统搭设平台的屈曲分析方法，其特征在于，所述几何刚度矩阵且[k+λk
g
]{u}＝{p}，式中，α为荷载系数，为屈曲分析所输入荷载的结构的几何刚度矩阵。9.根据权利要求8所述的薄膜型围护系统搭设平台的屈曲分析方法，其特征在于，所述s1中，所述进行一阶屈曲分析，得到工况下的一阶屈曲模态的特征值包括：对平衡方程|k+λ
i
[k
g
]|＝0求解，得到一阶屈曲模态的特征值λ
i
。

技术总结
本申请提供一种薄膜型围护系统搭设平台的屈曲分析方法，包括：S1、构建搭设平台的分析模型，添加工况载荷，进行一阶屈曲分析，得到工况下的一阶屈曲模态的特征值和特征向量，在一阶屈曲模态中计算出失稳点；S2、选取失稳点，重新构建失稳点所属构件的分析模型，在失稳处添加均布载荷F，使均布载荷F的方向与一阶屈曲模态的特征向量保持一致，进行静力分析求解模型在失稳点处的最大位移量D；S3、求解假想均布载荷F’；S4、在一阶屈曲分析基础上增加求解出的用于模拟初始缺陷的假想均布载荷F’，利用直接法重新进行二阶屈曲模态分析得到新的二阶屈曲模态。本方法重新定义组合梁的初始缺陷使搭设平台的稳定性分析结果更准确。设平台的稳定性分析结果更准确。设平台的稳定性分析结果更准确。


技术研发人员：陈明高 秦川 马牧原 巩鹏 谷运飞 韩啸
受保护的技术使用者：江南造船（集团）有限责任公司
技术研发日：2023.06.12
技术公布日：2023/9/12