張弦梁結(jié)構(gòu)張拉過(guò)程結(jié)構(gòu)性能和伺服施工過(guò)程理論.pdf

1、張弦梁結(jié)構(gòu)是由剛性構(gòu)件、索和撐桿組成，通過(guò)對(duì)索施加預(yù)拉力使三者形成整體的結(jié)構(gòu)。由于結(jié)構(gòu)自重相對(duì)較輕、體系的剛度、形狀穩(wěn)定性相對(duì)較大以及對(duì)建筑外形的廣泛適用性，張弦梁結(jié)構(gòu)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于大跨度空間結(jié)構(gòu)。作為一種非剛性結(jié)構(gòu)，張弦梁結(jié)構(gòu)的幾何形態(tài)和力學(xué)性能與施工過(guò)程密切相關(guān)，建造更為經(jīng)濟(jì)合理的張弦梁結(jié)構(gòu)必須建立在對(duì)結(jié)構(gòu)張拉過(guò)程的力學(xué)行為系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)上，必須依靠更科學(xué)合理的施工技術(shù)。張弦梁結(jié)構(gòu)張拉過(guò)程的結(jié)構(gòu)性能和伺服施工過(guò)程是本文研究的

2、兩大主題。采用理論和試驗(yàn)相結(jié)合的方法，本文從張拉過(guò)程數(shù)值分析方法、張拉過(guò)程結(jié)構(gòu)性能、張拉過(guò)程參數(shù)分析、伺服施工過(guò)程實(shí)現(xiàn)四個(gè)方面對(duì)兩大主題展開(kāi)系統(tǒng)的研究。首先，根據(jù)張弦梁結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的受力特點(diǎn)，選擇C.Oran梁-柱單元模擬剛性構(gòu)件和撐桿、懸鏈線單元模擬索、采用改變張拉索段原長(zhǎng)法來(lái)模擬預(yù)拉力。在此基礎(chǔ)上，編制了張弦梁結(jié)構(gòu)非線性分析的算法并通過(guò)經(jīng)典算例驗(yàn)證算法的精確性，該非線性算法是構(gòu)成張拉過(guò)程數(shù)值分析算法的基本部分。其次，通

3、過(guò)總結(jié)十幾個(gè)實(shí)際工程的張弦梁結(jié)構(gòu)施工工藝，提煉張弦梁結(jié)構(gòu)的施工參數(shù)：施工順序、預(yù)拉力施加方式、臨時(shí)支架系統(tǒng)、張拉次數(shù)。從張拉過(guò)程張弦梁結(jié)構(gòu)受力機(jī)理入手，提出以控制點(diǎn)位移為張拉目標(biāo)、考慮實(shí)際結(jié)構(gòu)施工參數(shù)的張弦梁結(jié)構(gòu)張拉全過(guò)程數(shù)值模擬算法。針對(duì)張弦梁結(jié)構(gòu)找形分析的特點(diǎn)，指出張弦梁結(jié)構(gòu)找形分析的本質(zhì)：預(yù)拉力確定和施工放樣幾何確定；結(jié)合本文的非線性算法，提出適用于張弦梁結(jié)構(gòu)找形分析的算法。隨后本文對(duì)張弦梁結(jié)構(gòu)的張拉過(guò)程進(jìn)行試驗(yàn)研究。

4、基于正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)了12個(gè)考慮多參數(shù)影響的張弦梁模型試件并進(jìn)行張拉試驗(yàn)。試驗(yàn)分析表明，張弦梁結(jié)構(gòu)張拉過(guò)程的結(jié)構(gòu)性能可以從結(jié)構(gòu)變形、構(gòu)件內(nèi)力、結(jié)構(gòu)位形和穩(wěn)定性能進(jìn)行描述：臨界張拉力是張弦梁結(jié)構(gòu)具備整體剛度即成形的標(biāo)志，其值約為0.125/k；當(dāng)張拉力引起的變形較大時(shí)，張拉力與結(jié)構(gòu)變形并非簡(jiǎn)單的線性關(guān)系；張拉過(guò)程張弦梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力不同于使用階段，設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮張拉過(guò)程結(jié)構(gòu)的最不利受力；張拉過(guò)程結(jié)構(gòu)的位形變化可以概況為“水平跨度

5、縮小、整體上拱和撐桿傾斜”；張弦梁結(jié)構(gòu)張拉過(guò)程的失穩(wěn)表現(xiàn)為整體結(jié)構(gòu)平面外失穩(wěn)，索的存在將有效抑制剛性構(gòu)件的側(cè)傾，從而明顯提高張弦梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能。對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行正交試驗(yàn)分析得到各參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)性能影響的顯著性，但礙于試驗(yàn)中對(duì)參數(shù)水平取值的限制，有必要采用數(shù)值方法完善參數(shù)分析。通過(guò)試驗(yàn)誤差分析，指出支座與螺母的縫隙可能會(huì)導(dǎo)致荷載作用下結(jié)構(gòu)位移的增大，孔道摩阻力會(huì)造成油泵張拉力與索的有效拉力的差異，支承摩阻力會(huì)導(dǎo)致張拉力作用下拱起

6、位移的減小。緊接著本文采用數(shù)值方法進(jìn)行張弦梁結(jié)構(gòu)張拉過(guò)程參數(shù)分析，系統(tǒng)分析了截面特性參數(shù)、幾何形狀參數(shù)和施工參數(shù)與結(jié)構(gòu)性能的關(guān)系：臨界張拉力主要由結(jié)構(gòu)矢高和自重決定：影響結(jié)構(gòu)張拉剛度的參數(shù)主要有梁弦剛度比，梁弦面積比、矢跨比、垂高比和臨時(shí)支架；結(jié)構(gòu)成形時(shí)剛性構(gòu)件的內(nèi)力與截面特性參數(shù)幾乎無(wú)關(guān)，主要受幾何形狀參數(shù)影響；截面特性和幾何形狀對(duì)結(jié)構(gòu)成形時(shí)的支座水平位移都有顯著影響；施工參數(shù)主要影響結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和張拉過(guò)程中的結(jié)構(gòu)變形。從

7、張拉過(guò)程結(jié)構(gòu)性能角度，提出截面特性參數(shù)和幾何形狀參數(shù)的合理取值范圍。在參數(shù)分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，提出張弦梁結(jié)構(gòu)張拉過(guò)程結(jié)構(gòu)內(nèi)力的計(jì)算公式。最后，類(lèi)比電液伺服加載系統(tǒng)，提出了張弦梁結(jié)構(gòu)伺服施工過(guò)程的概念以及實(shí)現(xiàn)伺服施工所需解決的關(guān)鍵問(wèn)題：參數(shù)識(shí)別和施工控制。構(gòu)造動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于張弦梁結(jié)構(gòu)的參數(shù)識(shí)別；提出了基于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析的張弦梁結(jié)構(gòu)施工控制方法：張拉目標(biāo)修正→結(jié)構(gòu)性態(tài)預(yù)測(cè)→參照張拉力計(jì)算→施工方案調(diào)整；將參數(shù)識(shí)別、施工控