預(yù)應(yīng)力空間鋼結(jié)構(gòu)索張拉控制算法及試驗(yàn)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(qiáng)度索，并且對(duì)索施加預(yù)應(yīng)力，充分的發(fā)揮鋼材彈性范圍內(nèi)強(qiáng)度，提高結(jié)構(gòu)承載能力，減小其變形，達(dá)到節(jié)約鋼材、降低造價(jià)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(guò)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(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)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(diǎn)；介紹了預(yù)應(yīng)力的引入方法、

2、類型，并對(duì)現(xiàn)階段預(yù)應(yīng)力的算法進(jìn)行了討論：最后說(shuō)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(guò)程是一個(gè)大位移的過(guò)程，具有很強(qiáng)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(dá)式，將其分成與索張拉力有關(guān)、與索原長(zhǎng)有關(guān)的兩種形式，為后面幾章索張拉力控制計(jì)算打下基礎(chǔ)。 本文提出控制索原長(zhǎng)的反分析法。從預(yù)應(yīng)力狀態(tài)開(kāi)始，通過(guò)控制索原長(zhǎng)來(lái)追蹤索在施工中的張拉力。首先通過(guò)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(zhǎng)，

3、并同時(shí)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(guò)控制每一級(jí)張拉索的原長(zhǎng)可方便的求出索在分批施工時(shí)的控制力。方法的優(yōu)點(diǎn)在于計(jì)算簡(jiǎn)單，概念清楚，省去了通用有限元需要反復(fù)試算的缺點(diǎn)。 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(jì)值時(shí)，調(diào)整計(jì)算的新思路。將索張拉力的偏離理解為索原長(zhǎng)的偏離，以索原長(zhǎng)作為計(jì)算的中間量，通過(guò)控制索的原長(zhǎng)來(lái)推算索需要施加的張拉力。最后對(duì)張弦網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)索張拉力調(diào)整過(guò)程進(jìn)行了模擬計(jì)算。 本文將施工力學(xué)與控

4、制索原長(zhǎng)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(jì)算方法，并總結(jié)了索張拉力的變化規(guī)律。計(jì)算以結(jié)構(gòu)整體為研究對(duì)象，通過(guò)控制索的張拉力來(lái)求出索原長(zhǎng)。在累積滑移過(guò)程中，對(duì)與施工階段相符合的結(jié)構(gòu)、荷載、約束條件等進(jìn)行計(jì)算，采用控制索原長(zhǎng)的方法計(jì)算出各階段的內(nèi)力。整個(gè)施工過(guò)程索只需張拉一次即可，簡(jiǎn)化了施工過(guò)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(wèn)題，且目標(biāo)函數(shù)無(wú)法形成顯式，本文將遺傳算法引入到優(yōu)化計(jì)算中

5、，解決了這一難題。計(jì)算以各索施加張拉力總值最小，即對(duì)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(jìn)一步驗(yàn)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(jì)算方法的正確性，本文進(jìn)行了一系列的試驗(yàn)研究，包括：用提出的基于索原長(zhǎng)反分析法對(duì)-2.2m×4.6m的小型張弦網(wǎng)殼進(jìn)行索張拉成形的試驗(yàn)研究；對(duì)北京北站進(jìn)行了模型施工過(guò)程分析、模型索張拉力的調(diào)整、換索試驗(yàn)研究。