預(yù)應(yīng)力空間鋼結(jié)構(gòu)索張拉控制算法及試驗研究.pdf

1、預(yù)應(yīng)力空間鋼結(jié)構(gòu)是一種將預(yù)應(yīng)力與空間鋼結(jié)構(gòu)相結(jié)合的新型結(jié)構(gòu)，就是在空間鋼結(jié)構(gòu)中增加高強度索，并且對索施加預(yù)應(yīng)力，充分的發(fā)揮鋼材彈性范圍內(nèi)強度，提高結(jié)構(gòu)承載能力，減小其變形，達到節(jié)約鋼材、降低造價的目的。預(yù)應(yīng)力空間鋼結(jié)構(gòu)的幾何形態(tài)和力學(xué)性能與施工過程密切相關(guān)，必須依靠更科學(xué)合理的施工技術(shù)。 本文首先在大量查閱國內(nèi)外文獻基礎(chǔ)上，描述了預(yù)應(yīng)力空間鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展的歷史與應(yīng)用，并討論了預(yù)應(yīng)力空間鋼結(jié)構(gòu)的工作原理及特點；介紹了預(yù)應(yīng)力的引入方法、

2、類型，并對現(xiàn)階段預(yù)應(yīng)力的算法進行了討論：最后說明了選題的目的及意義所在。 預(yù)應(yīng)力空間鋼結(jié)構(gòu)的施工過程是一個大位移的過程，具有很強的幾何非線性。文中采用非線性增量UL法推導(dǎo)了索剛度矩陣的顯式表達式，將其分成與索張拉力有關(guān)、與索原長有關(guān)的兩種形式，為后面幾章索張拉力控制計算打下基礎(chǔ)。 本文提出控制索原長的反分析法。從預(yù)應(yīng)力狀態(tài)開始，通過控制索原長來追蹤索在施工中的張拉力。首先通過控制索在預(yù)應(yīng)力態(tài)下的張拉力求得零狀態(tài)和索原長，

3、并同時獲得預(yù)應(yīng)力態(tài)下所有單元的內(nèi)力。在此基礎(chǔ)上，通過控制每一級張拉索的原長可方便的求出索在分批施工時的控制力。方法的優(yōu)點在于計算簡單，概念清楚，省去了通用有限元需要反復(fù)試算的缺點。 本文提出了當(dāng)預(yù)應(yīng)力空間鋼結(jié)構(gòu)索張拉力偏離設(shè)計值時，調(diào)整計算的新思路。將索張拉力的偏離理解為索原長的偏離，以索原長作為計算的中間量，通過控制索的原長來推算索需要施加的張拉力。最后對張弦網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)索張拉力調(diào)整過程進行了模擬計算。 本文將施工力學(xué)與控

4、制索原長法相結(jié)合，提出了預(yù)應(yīng)力空間鋼結(jié)構(gòu)累積滑移施工的計算方法，并總結(jié)了索張拉力的變化規(guī)律。計算以結(jié)構(gòu)整體為研究對象，通過控制索的張拉力來求出索原長。在累積滑移過程中，對與施工階段相符合的結(jié)構(gòu)、荷載、約束條件等進行計算，采用控制索原長的方法計算出各階段的內(nèi)力。整個施工過程索只需張拉一次即可，簡化了施工過程。 本文研究了預(yù)應(yīng)力空間鋼結(jié)構(gòu)索張拉順序。索張拉屬于離散變量的優(yōu)化問題，且目標(biāo)函數(shù)無法形成顯式，本文將遺傳算法引入到優(yōu)化計算中

5、，解決了這一難題。計算以各索施加張拉力總值最小，即對索張拉用力最省作為目標(biāo)，尋求在結(jié)構(gòu)布局、幾何尺寸和約束條件確定的情況下，滿足施工工藝要求，索最合理的張拉順序。 為了進一步驗證本文前幾章有關(guān)預(yù)應(yīng)力空間鋼結(jié)構(gòu)索張拉計算方法的正確性，本文進行了一系列的試驗研究，包括：用提出的基于索原長反分析法對-2.2m×4.6m的小型張弦網(wǎng)殼進行索張拉成形的試驗研究；對北京北站進行了模型施工過程分析、模型索張拉力的調(diào)整、換索試驗研究。