基于灵敏度矩阵特征值的索杆张力结构主动张拉索优选方法

施工时合理选择主动张拉索是控制索杆张力结构预张力偏差的主要措施。以单元的预张力偏差平方和作为评价整体结构预张力偏差的指标,通过对反映单元预张力偏差与索长误差关系的灵敏度矩阵进行谱分解,将该指标表示为索长误差与灵敏度矩阵的特征值和特征向量的解析关系式,理论上解释了选择不同主动张拉索会使灵敏度矩阵特征值发生变化,从而直接影响到对结构预张力偏差的控制效果。由于灵敏度矩阵特征值具有衰减迅速的特点,故采用其一阶特征值和特征向量可有效估计结构的最不利预张力偏差。进一步以灵敏度矩阵的一阶特征值为评价指标,基于遗传算法提出了一种主动张拉索的优选方法。以一实际索杆张力结构为例,进行不同条件下的主动张拉索优选分析,其结果验证了优选方法的有效性。     

基于误差控制的索杆张力结构张拉成型方案的选择

针对在索杆张力工程中普遍存在施工误差、同时又缺乏能有效控制误差效应的张拉方案选择技术现状,首先基于随机理论构建了杆件长度误差的数学模型,并通过分析索杆张力结构的自应力模态数和机构位移数提出了确定主动索数的基本思路;然后基于空间铰接索杆结构的三大方程构建预张力偏差与杆件长度偏差的基本关系,并在此基础上进一步构建了以主动张拉索索内力可精确控制条件下其余被动索索内力偏差与杆件长度偏差关系,由此来分析评价各张拉成型方案被动索杆内力偏差效应,进而提出能有效控制误差效应的张拉成型方案优选方法;最后以算例分析表明,通过机构分析可初步确定主动张拉索数,不同张拉成型方案具有不同的施工精度,实际工程中可结合施工条件优先选择施工精度高的张拉成型方案。     

索杆预张力结构杆件长度误差敏感性的理论分析与试验研究

针对索杆预张力结构施工中存在的杆件长度误差,基于随机理论建立符合正态分布的随机误差模型,推导了结构预张力偏差与索长偏差的基本关系,并根据数理统计方法得到随机预张力偏差的统计特性,得到各杆件长度误差敏感性评价方法.通过设计跨度为5m的空腹索桁架结构模型,并在其上调整索杆长度来模拟施工过程中产生的长度误差.分析了引入误差后体系预张力变化及结合ANSYS软件数值分析来考察验证各杆件的误差敏感性.结果表明:预张力结构不同杆件具有不同长度误差敏感性.空腹索桁架结构中环索误差敏感性最明显,脊索、斜索次之,桅杆最弱;试验结果与理论分析基本一致,表明理论分析和模型设计加工的有效性和正确性.     

An approach for choosing optimal actively-stretched cablesof cable-strut tensile structures based oneigenvalue of sensitivity matrix

施工时合理选择主动张拉索是控制索杆张力结构预张力偏差的主要措施。以单元的预张力偏差平方和作为评价整体结构预张力偏差的指标,通过对反映单元预张力偏差与索长误差关系的灵敏度矩阵进行谱分解,将该指标表示为索长误差与灵敏度矩阵的特征值和特征向量的解析关系式,理论上解释了选择不同主动张拉索会使灵敏度矩阵特征值发生变化,从而直接影响到对结构预张力偏差的控制效果。由于灵敏度矩阵特征值具有衰减迅速的特点,故采用其一阶特征值和特征向量可有效估计结构的最不利预张力偏差。进一步以灵敏度矩阵的一阶特征值为评价指标,基于遗传算法提出了一种主动张拉索的优选方法。以一实际索杆张力结构为例,进行不同条件下的主动张拉索优选分析,其结果验证了优选方法的有效性。     

乐清体育场月牙形索桁张力罩棚结构的索力监测

索力监测对保障索杆张力结构施工张拉阶段预张力的有效建立或服役期中的结构安全具有重要意义.以一个新型索杆张力结构——乐清市体育场月牙形索桁张力罩棚结构为例,结合该结构的特点制定了索力监测方案,将FBG和EM两种索力测量方法应用于该结构的索力监测并建立了能够长期运作的实时索力监测系统,介绍了利用这两种方法测量索力的关键步骤.通过分析该索力监测系统在施工张拉阶段的监测结果发现,FBG和EM传感器能够准确地反映结构施工张拉阶段的预张力变化,体育场结构有效地建立了设计预张力,上、下径向索及内环索的预张力偏差均在8%以内.     

月牙轮辐式索桁架结构的预张力偏差分析及调整技术北大核心CSCD

"几何形状"和"预张力"两个设计参数是评判全张力体系结构性能的重要指标,在施工阶段可通过拉索的带应力下料和张拉施工技术来实现.但在实际施工过程中,存在着由几何误差引起的预张力偏差现象.以乐清体育中心体育场月牙轮辐式索桁架结构屋盖工程为背景,围绕如何在施工阶段降低几何误差影响索系初始形态的问题,对拉索应力下料中的关键措施、支承结构施工几何偏差和索系预张力偏差的分析及调整方法进行了细致研究,保证了索系张拉成型后的形状和预张力偏差控制在设计允许范围之内.相关经验可供今后类似工程参考.     

采用定长索设计的肋环型索穹顶结构索长误差影响的试验研究

在国内建成的肋环型索穹顶结构中,多采用调节索长以控制结构性状(力态与形态)的施工方法,而国外更多采用定长索设计与施工。定长索设计是将索头设计为不能调节长度的形式,通过精确设计和控制各索的制作长度,在现场直接张拉到位,不需要反复调节索长,节省人力物力。使用定长索设计与施工,需要首先了解张拉结构中不同索的索长误差对其整体结构预应力态和荷载态的影响,进而依据相关理论确定索长误差控制值。文中针对索长误差的敏感性,设计一个平面为矩形的肋环型索穹顶结构模型,通过试验研究初始索长误差对预应力态的影响,比较不同索的索长误差影响范围及大小的不同,并试验初始索长误差影响与预应力水平的关系。在此基础上,通过试验研究不同荷载工况下初始索长误差对结构荷载态的影响,并进行对比。最后,比较预应力态不同,初始索长误差发生位置不同时,初始索长误差对荷载态的影响。研究成果对索穹顶结构的设计与施工张拉有指导作用。     

索杆张力结构的计算机分析程序CSTS

索杆张力结构的分析包括成形过程分析、自平衡预应力跟踪分析和荷载受力分析,涉及形态和非线性有限元分析理论,本在阐述索杆张力结构分析的主要内容和方法的基础上,详细介绍了索杆张力结构计算机分析程序ＣＳＴＳ的功能模块,界面和菜单布置。该程序适用于索穹顶,索网结构、索桁结构和张拉整体等结构体系的分析计算。     

空间预张力结构施工误差及敏感性分析

分析预张力结构施工张拉过程中的误差特点,基于ANSYS软件数值模拟及模型试验,通过调整杆件长度和同时调整外圈拉索长度模拟杆件长度误差及支座节点径向位置偏差来分析结构误差敏感性。研究表明,不同构件具有不同的长度误差敏感性,本结构中环索误差敏感性最强,桅杆最弱,脊索拉索居中;支座节点径向误差较杆件长度偏差具有更为显著的误差敏感性,其误差效应相当于将外圈拉索分别伸长相同长度引起的索内力偏差之和;试验结果与ANSYS理论分析结果基本接近。     

福州海峡奥体中心体育馆空间弦支结构预应力施工技术

福州海峡奥林匹克体育中心体育馆屋盖采用四边形环索空间弦支双向网格结构,具有跨度大、结构复杂、拉索张拉力大、张拉控制精度要求高等特点。根据结构特点及有限元分析结果,采用从外到内,分级同步张拉的施工方案。结合现场条件采用有效的安装方式,针对结构节点构造设计出合理的张拉工装,解决了高空安装与张拉的施工难点,实现了结构荷载的有效传递。通过仿真结果分析、拼装精度控制、索长误差调整等实现了结构形态的精确控制。     

基于模态修复的索网结构关键刚度补偿方法

通过动力模态测试可以便于监测索网结构的刚度。通常仅需测试少量目标模态即可评价对主控荷载作用下的结构变形起主要抵抗作用的关键刚度。针对由预应力偏差引起的结构刚度退化问题,提出了通过补张拉来修复目标模态以实现索网结构关键刚度补偿的方法,建立了索网结构预张力偏差、单元长度误差与结构刚度矩阵变化之间的解析关系,分析了目标模态参数修复与结构关键刚度补偿间的理论关系。给出了一种密频区域内目标模态集合的简便扩展方法。基于矩阵摄动理论,建立了补张拉索的索长调整量与目标模态参数变化量间的方程。对于限定补张拉索数量的情况,采用补张拉索的优选策略以提高目标模态参数的修复精度。利用所提出的方法对一个具有预应力偏差的马鞍形索网结构算例进行了补张拉分析。计算结果表明,通过目标模态修复和补张拉索优选可以有效实现索网结构关键刚度偏差的补偿。     

拉索预应力巨型网格结构体系

阐述了拉索预应力巨型网格结构体系发展与研究的必然性和必要性;介绍了针对这一体系提出的各种结构形式中拉索预应力的布置原则、受力机理及具体形式;回顾了拉索预应力巨型网格结构体系的研究现状,包括静力及稳定性能、预应力索张力计算及其优化、张拉全过程分析、结构动力特性等。总结了该结构体系中各参数的合理取值,得到了较优的预应力大小及预应力分布比例,提出了针对静力性能的三级优化方法及预应力索张拉施工过程中索力的计算方法,得到了布索后结构的动力特性变化规律。最后对拉索预应力巨型网格结构体系研究的关键问题及发展方向进行了展望。     

索穹顶结构施工技术研究

以直径71.2 m索穹顶工程为对象,介绍索穹顶施工的关键技术,即结构施工偏差及构件尺寸误差的控制、结构的安装成形方法、预应力张拉次序与方法、施工仿真分析与监测控制等。将内中脊索、内中斜索及环向索都做成定长索,外斜索和外脊索做成可调索,调整其长度补偿耳板的径向施工误差;在总结类似工程施工经验的基础上,提出地面拼装、整体同步提升外脊索和外斜索进行安装、张拉外斜索使结构成形的施工方法,减少高空作业量,保证施工的安全;根据索穹顶结构为柔性结构且具有多个对称轴的特点制定了分级分批张拉的施工方案,完成对索穹顶结构的张拉施工,从监测数据看出,施工完毕以后的位形和设计位形基本一致。     

索穹顶结构多种预应力张拉施工方法的全过程分析

索穹顶结构的预应力张拉施工成形过程分析一直是国内外学者研究的热点和难点.本文结合国外已有工程预应力张拉施工方法和国内相关研究成果介绍,以一跨度为122m的索穹顶结构为例,提出了包括逐圈斜索张拉法、仅外圈斜索张拉法、逐圈竖杆顶压法、仅外圈竖杆顶压法、逐圈环索张拉法、仅外圈环索张拉法、逐圈斜索原长安装法等七种预应力张拉施工方法,并采用动力松弛法对采用各种预应力张拉施工方法进行施工模拟全过程分析,为实际索穹顶结构工程的张拉施工提供理论依据和技术支持.     

点支式玻璃建筑单层索网体系的动力特性分析

点支玻璃建筑单层索网体系是一种几何非线性较强的柔性张拉结构,其刚度受索中预应力影响较大。目前专门针对该结构动力特性方面的研究尚不多见。阐述了索网这种柔性预应力结构动力特性分析的特点,编写了相应的有限元程序,对索网自振特性的重要影响因素即几何非线性和预应力进行了研究,表明忽略几何非线性会使结构计算结果产生极大偏羞。索网的自振频率与预应力呈非线性关系,几何非线性和预应力对索网的自振特性的影响具有协同性。     

江宁体育馆预应力悬吊钢屋盖拉索张拉技术

江宁体育馆屋盖采用拉索悬吊交叉桁架预应力钢结构体系，其拉索张拉采用部分调整索长、部分张拉的方案，仅通过张拉部分拉索而在其他拉索中也建立了设计所需的预张力，大大减少了设备用量和张拉次数，提高了张拉效率。     

铰接杆系结构分批张拉的预应力形成

杆系结构后张预应力的形成,由于施工等因素有时需要采用分批张拉索来完成。本采用悬链线索元、空间杆元模型和同何非线性有限元理论,利用索原长变化量和索张力一一对应的关系,进行了分批张拉预应力的分析。简单算例表明以原长变化量为控制条件,结构能有、快速地张拉到设计预应力状态。     

预应力索分批张拉过程中张力的仿真分析

工程施工中常采用分批张拉方法把索钢组合结构中许多拉索分别张拉到各自的设计张力值 ,针对分批张拉施工技术 ,本文提出的计算方法不仅能求解初始张力为零状态下索的施工控制张力值 ,而且还能求解初始张力不为零状态下索的施工控制张力值 ,利用计算结果可使每根索张拉一次即可 ,而无需反复调整张力。工程算例表明 ,这种计算方法还能应用于预应力施工方案的优化设计     

基于映射变换法的平面预应力钢桁架整体可靠性分析

利用映射变换法建立索张拉平面预应力钢桁架任意单元失效模式可靠度指标的迭代模型,并基于点估计法得到整体结构失效概率及可靠性指标的计算公式。模型中的随机参数包括折线索单元和桁架单元的截面面积(或综合刚度)、张拉钢索的预拉力、外荷载及边界弹性约束刚度等。基于所建立的计算模型编制相应的计算程序,对工程中常见的结构形式进行分析,并对影响结果的有关参数进行讨论。结果表明,钢索张拉力标准差对结构可靠性指标的影响与杆件截面面积随机变量的分布特性有较大的关系,且当截面面积为对数正态分布时,其影响大于正态分布。其次,随机变量标准差的变化对结构可靠性指标的影响均与相关性系数ρNA有一定关系。这些结论为索张拉预应力钢结构整体可靠性设计奠定了一定的基础。