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共襄盛会丨第九届建筑结构技术交流会陈总报告精彩分享!
发布时间:2023-10-30

      2023年10月17-20日,由中国建设科技集团股份有限公司、启迪设计集团股份有限公司主办,亚太建设科技信息研究院有限公司、《建筑结构》杂志社承办的“第九届建筑结构技术交流会”于苏州成功举办,包括2位工程院院士、14位全国工程勘察设计大师、设计院总工、教授等在内的近千位来自全国各地的工程技术人员参加了本次盛会。

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      北京盈建科股份有限公司董事长陈岱林携团队出席会议,并以《结构有限元计算软件近年来的重要改进》为题,作主题报告。

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      陈总分别从六大方面:结构动力学、非线性结构分析、增量法施工模拟、精细化的七自由度梁单元、CFD仿真计算及CAE仿真计算,简要介绍了盈建科结构有限元计算软件近年来的重要改进点。现摘取陈总此次报告中精彩的干货内容,分享如下:

一、结构动力学方面

    结构动力学方面,盈建科软件大震弹塑性时程分析、复振型计算、振动分析、稳态计算等技术已经成熟,并应用于减震隔震、楼板舒适度、动力设备基础等多个产品。

1、减震、隔震结构设计

      2021年5月新版《建设工程抗震管理条例》颁布,极大地扩充了减震隔震应用的范围。新的隔震、减震规范也陆续发布,提出了很多全新的算法和要求。盈建科及时响应新规范要求,在减隔震设计方面做了大量改进。

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①创新性地实现复模态反应谱计算

      复振型分解反应谱法是隔震标准强制要求使用的新算法,综观国内外均无现成软件对该算法完全支持。盈建科经技术攻关,研发了与新规范相匹配的功能,并且经应用实测,非常稳定可靠。

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②支持反应谱迭代

      根据新规,隔震和减震构件需要反应谱迭代来确定。盈建科减隔震软件,可实现对隔震支座和阻尼器按照用户输入的非线性参数采用反应谱迭代方法计算其等效刚度和阻尼系数,符合新规要求。

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③完善的减隔震单元库

      盈建科软件提供了实际应用中需要的大批实用的减震、隔震计算单元库,如钩子单元、并联单元等。

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④改进直接积分法

      弹性时程分析以往多采用振型叠加法或FNA法,但隔震结构作为严重非线性结构,不适合使用,而应该使用直接积分法。市面上某些支持直接积分法的软件运行缓慢且占用大量电脑空间,我们改进了直接积分法,计算速度快了2-3倍,从而获得广泛应用与好评。

⑤灵活选波,节约时间

      减隔震结构自动选波一般需要较长时间,在方案阶段,我们提供自动选波方法,可大幅节省计算时间。

2、大震弹塑性动力时程分析

      盈建科软件实现了大震弹塑性动力时程分析同时支持显式、隐式两种算法,吸取两种算法的长处,同时规避了二者短处,而且计算结果与国际通用主流软件高度一致。据悉,我们是目前国内唯一一款同时支持这两种算法的软件。

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3、楼板舒适度计算分析

      去年发布的通用规范中,楼板舒适度验算被纳入强制性条文,由此,楼板舒适度验算成为几乎所有建筑工程结构设计时都需要验算的指标,对软件提出了很多新的要求。

      盈建科软件提供丰富的特征值求解方法,用户可根据实际工程选用,以提高计算效率和准确性。

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      同时,软件提供多层模型选项,可以生成多层模型来进行舒适度验算。

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4、研发新算法——时域显式随机模拟法

     时域显式随机模拟法,是根据广东高规的要求,与华南理工大学合作开发的新的算法。该方法采用了时域显式表达式,为反应谱法和时域分析法的一种综合,具有很高的计算效率,可以满足大型复杂结构非平稳随机地震响应分析的要求。

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二、非线性结构分析方面

       非线性结构分析,包括非线性屈曲、考虑几何非线性的静力计算等,目前,盈建科软件已将非线性结构分析方面的改进,应用于网架网壳、柔性光伏支架等多个产品。

1、非线性屈曲分析

      新版《钢结构通用规范》GB 55006-2021规定,对拱结构、单层网壳、跨厚比较大的双层网壳及其他以受压为主的空间网格结构,必须进行非线性整体稳定分析。

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      我们对市面上多款非线性分析软件的算法进行了研究对比,并做了大量改进。如,对弧长法进行了优化,提高了计算稳定性和求解效率;我们提供的广义刚度参数法能正确判断求解方向,可以避免弧长法求解方向错误导致求解失败的情况。同时,我们把非线性屈曲分析的计算流程做了很大的合并和简化,使操作更简单、流程更高效,并支持计算按结果快速查询。

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2、考虑几何非线性的分析计算

      考虑几何非线性的分析计算,主要指“索结构”。索结构等柔性体系结构分析应考虑几何非线性影响,由于力和位移呈非线性关系,结构效应不能采用叠加原理,只能采用增量迭代加载方式分析。

 

     我们在结构建模的构件布置菜单下设置了拉索布置菜单。在非线性分析中,需先组合荷载,再进行内力分析,比如计算恒+活的组合效应, 首先将恒载荷载和活载荷载组合,然后进行非线性分析。

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      这种功能目前已应用于YJK柔性光伏支架设计软件中,软件参数化建立单层索和双层索桁架体系模型,并可进行自动计算。

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三、增量法施工模拟方面

       作为全过程施工的模拟,一般应该采用增量法:新的施工步,对力学模型采用新的完整模型,而荷载只考虑新增荷载,但是计算结果需要叠加上一步的位移和内力。

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      此处,以某地铁建筑支护结构为例,进行说明。

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      增量法施工模拟,支持拆除、体系转换、收缩徐变等因素的全过程模拟。目前,增量法全过程施工模拟已经应用于基坑支护逆作法、桥梁施工模拟等。

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      桥梁结构在施工阶段和成桥阶段的结构体系会发生较大变化,施工过程中结构的变化对内力和位移影响非常大。因此,除了对桥梁成桥阶段进行验算外,还需对桥梁的施工过程进行验算。

      YJK Bridge支持多种施工方式定义,智能生成结构、钢束、荷载、边界条件等完整的施工阶段模型。

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四、精细化的七自由度梁单元

      精细化的七自由度梁单元,主要是针对桥梁而言。桥梁截面形式复杂,如各种类型的箱型截面、混凝土或者钢的单箱、多箱截面等等,桥梁结构设计,多采用连续梁的单梁计算模型,《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG3362-2018)推荐采用考虑翘曲影响的七自由度梁单元模型。

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      七自由度梁单元模型,在六自由度梁单元基础上,增加截面上的约束扭转双力矩作为第七个自由度,用于计算约束扭转产生的翘曲正应力。除了模拟普通梁的轴向受力、弯曲效应等效应之外,还能准确模拟剪切效应、扭转、屈曲等效应。是计算精度最高的一维梁单元。

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      盈建科桥梁设计软件精细化的七自由度梁单元,基于有限元方法实现了任意截面形式翘曲惯性矩的精确计算,可对桥梁截面进行有限元单元自动划分,具有不限于薄壁构件、支持任意多孔腔结构、支持钢-混凝土等复合材料形式等优势特点。

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五、CFD仿真计算

       CFD是Computational Fluid Dynamics(计算流体动力学)的简称,是流体力学的一个分支,主要通过计算机和数值方法来求解流体力学的控制方程,对流体力学问题进行模拟和分析。CFD在航空航天、汽车制造、能源与环境、气候气象、海洋与船舶、动力机械等领域均有广泛的应用。

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      盈建科在CFD仿真计算方面的应用,目前主要是在绿色建筑设计领域,已经应用于建筑室内外风场的模拟计算、气流组织分析等产品,可对绿色建筑设计、建筑性能等多个参数进行模拟计算。

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六、CAE仿真计算

      CAE仿真计算,主要是针对实体分析而言。盈建科CAE方针计算,支持各类一维、二维、三维单元以及静力、动力、频域分析等通用功能,已经应用于节点有限元、动力设备基础、石化建筑物抗爆设计等产品。

1、YJK-SolidFea 节点实体有限元分析软件

      YJK-SolidFea是一款具有自主知识产权的仿真分析软件,包含自主研发的几何造型平台和有限元仿真计算平台,适用于建筑领域中各种类型复杂节点的实体有限元精细化分析。除自建节点外,可直接选取盈建科结构模型节点,并提供整体分析和隔离体分析两种分析方法。

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2、YJK-DYFD 动力机器基础设计软件

      YJK-DYFD是一款具有自主知识产权的专用仿真分析软件,包含自主研发的几何造型平台和有限元仿真计算平台。可完成静力分析、模态特征值分析、稳态动力分析三大类计算分析内容,适用于工业领域中各种规则或复杂体型的框架式和大块式动力机器基础结构。

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