[发明专利]一种预应力网格结构张拉全过程的反馈控制方法

说明书

技术领域

本发明属于预应力网格结构施工控制的数值模拟分析领域，涉及一种基于施工监测数据的反馈控制系统对预应力网格结构张拉方案进行动态调整的方法。 

背景技术

预应力网格结构是将现代预应力技术应用到传统空间网格结构中形成的一类新型、杂交的大跨空间钢结构体系，包括预应力网架（壳）、弦支穹顶、拱支网壳等典型结构型式。这一类结构由于具有受力性能好、跨越能力强、空间形体多样、资源消耗少等优点，近二十年来在世界范围内得到迅速发展，目前已广泛应用于体育场馆、会展中心、机场车站等重要公共建筑和飞机库、工业厂房等重要工业建筑，成为21世纪土木工程领域最具活力与应用前景的绿色承重结构体系之一。 

由于柔性拉索预应力体系的引入，使得预应力网格结构的建造过程包含三个状态：（1）放样态：所有构件就位但无自重和预应力作用的放样状态；（2）设计态：柔性拉索体系张拉完成后结构在自重和预应力作用下的平衡状态；（3）荷载态：结构在设计态基础上承受外部荷载（风、雪、地震、温度等）时的受力状态。设计态是设计师根据现行国家标准或工程经验优化确定的，由于设计态是荷载态的基础，因此设计师期望通过综合运用各种设计和施工技术确保结构在设计态的几何构型和预应力分布。而设计态的准确实现，不仅需要对结构进行精确的形态分析，即通过设计态对放样态及其预张力控制方案进行精确计算，亦需要对结构的张拉全过程进行有效控制。 

目前，预应力网格结构张拉过程的控制方法普遍基于开环控制理论而形成，即：基于确定的设计态目标（包括内力分布与位移形态），依据经验设定的张拉顺序，采取适合的形态分析方法，获得相应的预张力控制方案，如实际张拉过程按照此方案进行，理论上即可经一次张拉达到理想的设计状态。上述开环控制方法能够成功实施的前提在于结构在施工过程中的实际状态与张拉 方案决策时的预期状态完全一致。然而，预应力实施过程中不可避免地存在施工误差的随机干扰（如：节点几何误差、拉索初始缺陷和支座安装偏差等），导致结构实际状态与理论分析模型存在差异。由于开环控制的单向性特征决定了其不具备误差的实时反馈-调整功能，一旦这种差异累积到一定程度，则会导致按照预定的方案张拉完成后，结构的实际预应力态可能较远地偏离了目标预应力态，甚至危及结构在施工阶段的安全性能，为结构在后续使用阶段的正常运营留下较大安全隐患。

针对上述问题，本发明在考虑施工误差随机干扰的基础上，针对张拉全过程系统建立基于实施过程中结构响应监测数据的动态反馈控制方法，确保预应力网格结构结构施工完成后能实现预期的目标设计状态。 

发明内容

技术问题：本发明提供了一种可保证结构张拉过程的稳定性和安全性，消除施工误差的随机干扰的预应力网格结构张拉全过程的反馈控制方法。 

技术方案：本发明的预应力网格结构张拉全过程的反馈控制方法，包括如下步骤：

1）分析准备：明确预应力网格结构的设计态的节点坐标{D}^T、设计态的目标预应力设计值{P}^T=（P₁，P₂，…，P_N）、拟采用的施工进程方案、约束条件和材料参数以及所考虑的施工误差变量、及所述施工误差变量的变异范围和概率分布类型，所述拟采用的施工进程方案划分为N个张拉阶段，所述施工误差变量包括节点偏差、索长缺陷和支座误差； 

2）确定预应力网格结构的放样态基准有限元模型，具体步骤为： 

2a）以设计态的节点坐标{D}^T建立初始有限元模型的所有节点，然后按照设计态的目标预应力设计值{P}^T、拟采用的施工进程方案、约束条件和材料参数建立初始有限元模型的所有单元；最后，依据约束条件对节点施加约束，得到初始有限元模型； 

2b）利用形态分析迭代方法确定结构的放样态的节点坐标{D}及初始预张力控制方案{T}=（T₁，T₂，…，T_N），所述N为张拉阶段数量； 

2c）以放样态的节点坐标{D}建立放样态基准有限元模型的所有节点，然 后按照初始预张力控制方案{T}=（T₁，T₂，…，T_N）、材料参数以及施工进程方案建立放样态基准有限元模型的所有单元；最后，依据约束条件对节点施加约束，得到预应力网格结构的放样态基准有限元模型； 

3）进行结构放样态施工误差的概率有限元分析，具体步骤为：