CN108009327A - 一种基于钢构件变形分析的虚拟预拼装误差判定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于钢构件变形分析的虚拟预拼装误差判定方法，首先在结构设计阶段对结构单元根据施工方案及工况进行结构变形分析并确定结构预起拱值，完成结构设计优化；工厂根据优化后的设计方案进行构件加工；加工完成后对构件扫描检测及虚拟预拼装，利用优化后的计算模型在设计分析软件中模拟扫描时的约束条件和影响因素计算出被扫描构件的变形△1，将扫描模型分析的偏差△2与变形分析△1结果叠加，即得到实际的加工偏差△，通过结构变形分析提高钢构件虚拟预拼装检测的准确性，为钢结构虚拟预拼装提供可信的数据保障。
Description
技术领域
本发明涉及建筑钢结构、计算机模拟分析及三维激光扫描测绘技术，具体涉及一种基于钢构件变形分析的虚拟预拼装误差判定方法。
背景技术
钢结构虚拟预拼装技术是基于三维激光扫描逆成像技术的钢结构检测方法，其原理是通过获取实际加工完成的钢构件数据模型与钢构件理论模型在计算机模拟环境下进行拟合对比，完成单个构件的虚拟检测，再将检测后的数据模型联合成结构单元与理论结构单元模型进行对比分析，从而完成结构单元的整体虚拟预拼装。
在单构件虚拟扫描检测时其检测偏差结果由检测仪器精度、构件实际加工误差、构件不固定变形等因素造成，其中构件不固定变形是影响预拼装结果准确性的主要因素，构件不固定变形与扫描时胎架布置、构件自重、环境温度有关，因此需要通过计算机模拟计算出构件因不固定变形造成的构件偏差并将该偏差进行修正。
结构变形分析，其原理是利用Midas、SAP2000、3D3S、Test模型、Reference模型等结构分析软件对构件或结构单元进行受力分析，分析过程可以模拟构件或结构实际施工工况、受力情况和实际外界环境，快速分析计算出其结构变形位移、应变、应力等结果。
鉴于此，本申请人提出了一种基于钢构件变形分析的虚拟预拼装误差判定方法,为钢结构虚拟预拼装提供实施路径及确保数据分析的精确性。
发明内容
本发明公开了一种基于钢构件变形分析的虚拟预拼装误差判定方法，目的是为了修正钢结构虚拟预拼装过程中钢构件除加工偏差和仪器系统误差外的其他影响因素下造成的偏差，为钢结构虚拟预拼装提供实施路径及确保数据分析的精确性。
为达到上述目的，本发明具体技术方案如下：
第一步：将标准结构单元计算模型导入设计分析软件按现场安装情况进行结构变形分析，得到结构变形结果，并按照结构变形结果对结构单元进行预起拱；
第二步：深化设计人员根据结构预起拱设计要求完成钢构件的深化设计，同步完成优化后的BIM模型；
第三步：工厂按照深化设计方案完成构件加工；
第四步：将加工完成的钢构件摆放至胎架上，确定构件摆放方式及胎架布置数量和位置，待构件固定后对构件进行三维激光扫描获取其扫描数据模型；
第五步：将扫描得到的数据模型导入逆向分析软件进行拟合分析，并对各关键节点进行偏差测量和剖切分析得到实际钢构件个检测项的偏差结果；
第六步：将预起拱设计后的结构单元模型拆分成单构件计算模型，并将单构件分析计算模型导入设计分析软件中；
第七步：在设计分析软件中给予计算模型与实际扫描状态下相同的支座约束条件（胎架放置数量、位置及固定方式）和环境温度，然后分析其在自重、温度等因素作用下的变形情况，得到各关键节点（检测项）的变形结果；
第八步：将实际构件虚拟检测得到的偏差结果与计算模型模拟分析的构件变形结果叠加得到其差值，该差值即为钢构件实际加工误差；
第九步：根据钢结构质量相关规范要求判定构件加工合格与否，问题构件根据实际加工误差进行矫正，直至构件检测合格。
本发明在钢结构虚拟预拼装中的应用具有显著效益，对于柔性较大的钢构件或结构，通过该方法可以有效修正钢构件在虚拟检测过程中因自重、外界温度等因素造成的变形误差，从而出具更加精确的构件矫正方案，提高构件加工精度，同时基于校正后的检测结果可以有效提高钢结构虚拟预拼装的数据准确性，使钢结构虚拟预拼装技术更利于推广应用和指导加工及安装。
附图说明
图1为本发明的系统流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施案例对本发明进一步说明。
如图1所示，一种基于钢构件变形分析的虚拟预拼装误差判定方法，它包括如下步骤：
步骤1：设计人员根据施工方案及工况进行结构单元施工模拟，分析结构变形并确定结构预起拱值；
步骤2：深化设计人员根据结构设计要求完成钢构件的深化设计，并完成Reference模型；
步骤3：工厂按照深化设计方案完成构件加工；
步骤4：将加工完成的钢构件放置于胎架上进行三维激光扫描并逆向生成Test模型；
步骤5：将Test模型导入逆向分析软件与Reference模型进行拟合分析，得到虚拟检测后钢构件各关键节点（检测项）的偏差结果△2；
步骤6：在计算分析软件中按扫描构件放置条件，对计算模型进行相同的条件约束及环境模拟，分析计算模型在自重、温度等因素作用下的变形情况，得到各关键节点（检测项）扫描工况下的变形结果△1；
步骤7：将计算模型模拟扫描工况分析的构件变形结果△1，与实际构件扫描检测得到的偏差△2叠加，即得到实际的加工偏差△=△1+△2 ；
步骤8：根据钢结构质量相关规范要求判定构件加工合格与否，问题构件根据实际加工误差进行矫正，直至构件检测合格。
本发明中的Test模型及Reference模型为本领域技术人员通用的模型，故不再展开赘述。
实施案例流程：参见图1
本发明的一种基于钢构件变形分析的虚拟预拼装误差判定方法现已在多个项目中得到实践及可行性验证，此处以香港旅检大楼项目为例，简述一种基于钢构件变形分析的虚拟预拼装误差判定方法，具体步骤如下：
第一步：香港旅检大楼主体结构为大跨空间结构，桁架跨度近30m,根据设计及施工方案计算分析需对结构预起拱；
第二步：该项目的深化设计人员根据结构设计方案进行深化设计；
第三步：加工厂根据深化图纸完成构件加工制作；
第四步：以本项目拼装单元中某拱形桁架主梁为检测对象，将该主梁构件放置于胎架上，胎架分别设置于构件两端头向内1m左右位置，胎架数量为两个，扫描时环境温度为20℃左右，扫描人员对构件各关键节点进行扫描得到构件数据模型；
第五步：香港旅检大楼项目的BIM技术人员对该构件的数据模型和深化设计模型在特定软件中进行拟合分析，并对构件各关键节点进行偏差测量和剖切分析得到该构件各项检测数据（该检测数据包括仪器系统误差、构件加工偏差及自重和温度引起的变形偏差）；
第六步：结构设计人员选取该主梁预起拱后的计算模型，在设计分析软件中对该构件进行变形分析，其约束条件与扫描时实际约束条件一致，约束点设置在构件两端头向内1m左右位置，设置模拟环境温度为20℃，计算其在自重、温度等因素作用下各关键节点的变形量；
第七步：将扫描检测得到的结果与模拟构件变形的结果进行叠加，两者差值即为构件修正自重、温度等外部因素影响后的构件真实加工偏差；
第八步：香港旅检大楼项目质检及工艺人员根据偏差结果对构件加工合格与否进行判定，若不合格则根据BIM部出具的检测报告对构件做出矫正，直至构件检测合格后进入涂装环节。
综上，本发明的一种基于钢构件变形分析的虚拟预拼装误差判定方法有效解决了钢结构虚拟预拼装由于非加工偏差造成的检测结果真实性缺失问题，尤其对于跨度较大、柔性较大的构件或拼装单元更具实际意义。通过该方法在钢结构虚拟预拼装中的应用，为钢结构虚拟预拼装提供实施路径及确保数据分析的精确性，提高了工程质量，使钢结构虚拟预拼装技术更利于推广应用和指导加工及安装。
以上实施案例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，本领域的技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者替换，只要不脱离本发明技术方案的核心理念和技术范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围中。
Claims (7)
1.一种基于钢构件变形分析的虚拟预拼装误差判定方法，其特征在于，其具体过程包括以下步骤:
步骤1：设计人员根据施工方案及工况进行结构单元施工模拟，分析结构变形并确定结构预起拱值；
步骤2：深化设计人员根据结构设计要求完成钢构件的深化设计，并完成Reference模型；
步骤3：工厂按照深化设计方案完成构件加工；
步骤4：将加工完成的钢构件放置于胎架上进行三维激光扫描并逆向生成Test模型；
步骤5：将Test模型导入逆向分析软件与Reference模型进行拟合分析，得到虚拟检测后钢构件各关键节点的偏差结果△2；
步骤6：在计算分析软件中按扫描构件放置条件，对计算模型进行相同的条件约束及环境模拟，分析计算模型在自重、温度因素作用下的变形情况，得到各关键节点扫描工况下的变形结果△1；
步骤7：将计算模型模拟扫描工况分析的构件变形结果△1，与实际构件扫描检测得到的偏差△2叠加，即得到实际的加工偏差△=△1+△2 ；
步骤8：根据钢结构质量相关规范要求判定构件加工合格与否，问题构件根据实际加工误差进行矫正，直至构件检测合格。
2.根据权利要求1所述的一种基于钢构件变形分析的虚拟预拼装误差判定方法，其特征在于：所述步骤1具体为通过对标准结构模型在结构分析软件中进行变形分析得到结构变形结果，再根据结构变形结果对标准模型进行预起拱设计，同步完成Reference模型。
3.根据权利要求1所述的一种基于钢构件变形分析的虚拟预拼装误差判定方法，其特征在于：所述步骤4、步骤5钢构件三维激光扫描虚拟检测步骤包括：
a、将待扫描钢构件摆放至胎架上，并记录钢构件摆放方式及胎架布置数量和位置；
b、在钢构件关键节点布置非编码定位贴片，采用拍照系统拍照获取构件空间定位坐标；
c、基于该空间坐标采用手持式激光扫描设备对钢构件进行数据模型获取，得到钢构件三维扫描模型，即Test模型；
d、将Test模型导入逆向分析软件与Reference模型进行拟合分析，得到虚拟检测后钢构件各关键节点（检测项）的偏差结果△2 。
4.根据权利要求3所述的一种基于钢构件变形分析的虚拟预拼装误差判定方法，其特征在于：构件摆放方式包括平面内和平面外两种摆放方式，其摆放方式不同，构件变形结果不同，胎架布置数量及位置不同，构件变形结果亦不同。
5.根据权利要求1所述的一种基于钢构件变形分析的虚拟预拼装误差判定方法，其特征在于：所述步骤5钢构件关键节点主要包括钢构件常规几何尺寸、对接端口截面尺寸、弯扭构件弧度、牛腿/支管间夹角、螺栓孔孔位。
6.根据权利要求1所述的一种基于钢构件变形分析的虚拟预拼装误差判定方法，其特征在于：所述步骤6具体为首先对预起拱设计的结构单元拆分为单构件计算模型，然后将单构件预起拱后的计算模型导入设计分析软件中假定与实际扫描相同状态下的支座约束条件和环境温度，最后计算出其在自重、温度等因素作用下计算模型的结构变形结果△1。
7.根据权利要求1所述的一种基于钢构件变形分析的虚拟预拼装误差判定方法，其特征在于：所述步骤7扫描检测得到的偏差结果包括钢构件加工偏差和构件自重与温度因素造成的偏差，计算模型模拟分析得到构件变形结果即为构件自重与温度因素造成的偏差，两者叠加效应即为钢构件实际是加工偏差。
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