一种用于轮辐式屋盖结构的施工张拉控制方法

摘要

一种用于轮辐式屋盖结构的施工张拉控制方法，属于施工技术领域。采用定尺定长制作与整体张拉，是在一个由模拟分析模块、定尺定长制作模块、索长误差测定模块等组成的施工控制系统中按照特定步骤实现的：首先在模拟分析模块中获得各构件与拉索的下料尺寸，再在定尺定长制作模块中进行各构件与拉索的下料加工；在索长误差测定模块中对索长误差进行控制；之后在拼装模块中依据下料尺寸按照一定的程序组装屋盖体系，设置千斤顶；在张拉模块中，启动液压千斤顶按照一定的顺序对径向拉索进行张拉，待每根拉索的索头达到目标连接位置后停止张拉，便完成索系的张拉施工。按照这种方法张拉成型的屋盖结构，其索力与几何位形均能够精确满足结构设计要求。

主权项

一种用于轮辐式屋盖结构的施工张拉控制方法，其特征在于，是在一个由模拟分析模块、定尺定长制作模块、索长误差测定模块、拼装模块、张拉模块组成的施工控制系统中按照特定步骤实现的；所述轮辐式屋盖结构的施工张拉控制方法用于轮辐式屋盖结构的施工，所述轮辐式屋盖结构由径向拉索、内环构件、外压环梁、支承柱组成；外压环梁支承在支承柱上，而内环构件通过径向拉索与外压环梁相连；所述轮辐式屋盖结构的施工张拉控制方法具体按下述步骤进行：步骤1：组建施工控制系统，包含如下模块：(1)模拟分析模块；(2)定尺定长制作模块；(3)索长误差测定模块；(4)拼装模块；(5)张拉模块；所述模拟分析模块包含内嵌有限元分析模块；步骤2：进入所述模拟分析模块对所述轮辐式单层索系屋盖结构进行模拟分析，具体按下述步骤进行：步骤2.1：向所述模拟分析模块中输入所述轮辐式单层索系屋盖结构的结构参数，包括：(1)结构构件的类别与数目，包括：径向拉索a根，外压环梁b根，内环构件c根，支承柱d根；其中，内环构件为内环柔性拉索或内环刚性构件；其中，a≥1，b≥1，c≥1，d≥1；(2)材料属性，包括：拉索的弹性模量Ec，刚性构件的钢材的弹性模量Es；若内环构件为内环刚性构件，所述拉索仅包括径向拉索，所述刚性构件包括支承柱、外压环梁与内环刚性构件；若内环构件为内环柔性拉索，所述拉索包括径向拉索与内环柔性拉索，所述刚性构件包括支承柱与外压环梁；(3)各构件的截面属性，包括：外压环梁的截面形式与尺寸，支承柱的截面形式与尺寸，内环构件的截面形式与尺寸，拉索的截面面积{A}；若内环构件为内环刚性构件，则， { A } = A 1 A 2 . . . A a ; 其中，Ai为第i根径向拉索的截面面积，1≤i≤a；若内环构件为内环柔性拉索，则， { A } = A 1 A 2 . . . A a + c ; 其中，A1～Aa为径向拉索的截面面积，Aa+1～Aa+c为内环柔性拉索的截面面积；(4)拉索的张拉目标长度{L}与拉索张拉目标内力{T}若内环构件为内环刚性构件，则， { L } = L 1 L 2 . . . L a ; { T } = T 1 T 2 . . . T a ; 其中Li为第i根径向拉索的张拉目标长度，Ti为第i根径向拉索的张拉目标内力，1≤i≤a；若内环构件为内环柔性拉索，则， { L } = L 1 L 2 . . . L a + c ; { T } = T 1 T 2 . . . T a + c ; 其中L1～La为径向拉索的张拉目标长度，La+1～La+c为内环柔性拉索的张拉目标长度；T1～Ta为径向拉索的张拉目标内力，Ta+1～Ta+c为内环柔性拉索的张拉目标内力；(5)刚性构件控制点的设计目标坐标，包括：所述刚性构件控制点的个数n，所述刚性构件控制点的设计坐标{U}；所述刚性构件控制点位于刚性构件与刚性构件的拼接处，及刚性构件与柔性构件的连接处； { U } = U 1 U 2 . . . U n = x 1 y 1 z 1 x 2 y 2 z 2 . . . x n y n z n ; 其中，xm，ym，zm分别为第m个控制点的设计目标坐标在三个方向的分量，1≤m≤n；(6)拉索长度误差允许值{ε}：若内环构件为内环刚性构件，则， { ϵ } = ϵ 1 ϵ 2 . . . ϵ a , 其中，εi为第i根径向拉索的制作长度误差允许值，1≤i≤a；若内环构件为内环柔性拉索，则， { ϵ } = ϵ 1 ϵ 2 . . . ϵ a + c , 其中，ε1～εa为径向拉索的制作长度误差允许值，εa+1～εa+c为内环柔性拉索的制作长度误差允许值；拉索长度误差允许值{ε}的各分量按照下述规则取值：若第i根拉索长度小于50m，εi取为15mm；若第i根拉索长度大于50m，小于100m，εi取为20mm；若第i根拉索长度大于100m，εi取为索长的1/5000；步骤2.2：将上述结构参数输入到内嵌有限元分析模块中，在该模块中建立结构整体分析有限元模型，并计算出刚性构件控制点处于设计目标坐标{U}以及拉索处于目标内力{T}的状态；然后“杀死”所有的拉索单元，使所有的拉索单元均处于零应力状态，此时读取各控制点发生变形为{ΔU}； { ΔU } = ΔU 1 Δ U 2 . . . ΔU n = Δ x 1 Δ y 1 Δz 1 Δ x 2 Δy 2 Δ z 2 . . . Δ x n Δy n Δ z n ; 步骤2.3：模拟分析模块将所有数据传递给定尺定长制作模块，包括所述结构参数与模拟分析中各控制点发生的变形{ΔU}；步骤3：进入定尺定长制作模块，定尺定长制作模块接收模拟分析模块传递的数据，进行构件的下料加工，具体按下述步骤进行：步骤3.1：以{L0}作为各拉索的下料长度进行拉索的加工：若内环构件为内环刚性构件，则， { L 0 } = L 01 L 02 . . . L 0 a = L 1 / ( 1 + T 1 / E c A 1 ) L 2 / ( 1 + T 2 / E c A 2 ) . . . L a / ( 1 + T a / E c A a ) ; 其中L0i＝Li/(1+Ti/EcAi)为第i根径向拉索的下料长度，1≤i≤a；若内环构件为内环柔性拉索，则， { L 0 } = L 01 L 02 . . . L 0 , a + c = L 1 / ( 1 + T 1 / E c A 1 ) L 2 / ( 1 + T 2 / E c A 2 ) . . . L a + c / ( 1 + T a + c / E c A a + c ) ; 其中，L01～L0a为径向拉索的下料长度；L0，a+1～L0，a+c为内环柔性拉索的下料长度；步骤3.2：以{U0}作为刚性构件各控制点的下料放样坐标，进行刚性构件的加工； { U 0 } = { U } + { ΔU } = x 1 + Δ x 1 y 1 + Δ y 1 z 1 + Δ z 1 x 2 + Δ x 2 y 2 + Δ y 2 z 2 + Δ z 2 . . . x n + Δ x n y n + Δ y n z n + Δ z n ; 步骤4：进入索长误差测定模块，对拉索的制作误差进行测定，具体按照下述步骤进行：步骤4.1：使用通用长度测量工具测量拉索的实际长度为{L1}，可得到拉索的制作误差为{ΔL}＝{L1}‑{L0}，若内环构件为内环刚性构件，则， { L 1 } = L 11 L 12 . . . L 1 a ; { ΔL } = { L 1 } - { L 0 } = L 11 - L 01 L 12 - L 02 . . . L 1 a - L 0 a ; 其中，L1i为第i根径向拉索的实际长度，ΔLi＝L1i‑L0i为第i根径向拉索的制作误差，1≤i≤a；若内环构件为内环柔性拉索，则， { L 1 } = L 11 L 12 . . . L 1 , a + c ; { ΔL } = { L 1 } - { L 0 } = L 11 - L 01 L 12 - L 02 . . . L 1 , a + c - L 0 , a + c ; 其中，L11～L1a为径向拉索的实际长度，L1a～L1，a+c内环柔性拉索的实际长度；ΔL1～ΔLa为径向拉索的制作误差，ΔLa～ΔLa+c为内环柔性拉索的制作误差；步骤4.2：若拉索的制作误差{ΔL}中的所有分量均满足ΔLk≤εk，则退出索长误差测定模块，进入步骤5；若其中有ΔLs＞εs，则重新进入步骤3，即进入定尺定长制作模块中，调整第s根拉索尺寸，待其调整完毕后重复步骤4.1和4.2，直至所有的拉索误差均小于误差允许值，即拉索的制作误差{ΔL}中的所有分量均满足ΔLk≤εk；步骤5：进入拼装模块，具体按下述步骤进行：步骤5.1：将在定尺定长制作模块中加工得到的支承柱、外压环梁、内环构件进行拼装：按照控制点的放样坐标{U0}拼装支承柱，再按照控制点的放样坐标{U0}在支承柱顶部拼装外压环梁，并在结构的平面中心位置的地面上拼装内环刚性构件或连接内环柔性拉索；步骤5.2：在外压环梁与径向拉索的目标连接位置处布置穿心式千斤顶；将径向拉索一端连接在内环刚性构件或内环柔性拉索上，另一端连接在工装索上；工装索的一端与径向拉索相连，另一端穿过穿心式千斤顶；步骤6：进入张拉模块，进行径向拉索的张拉，具体按照下述步骤进行：步骤6.1：进行径向拉索的预张紧：控制各穿心式千斤顶，对各工装索进行张拉，使第i根径向拉索的内力达到Ti/100，1≤i≤a，暂停张拉；步骤6.2：在完成步骤6.1后，以各径向拉索与外压环梁的连接索头当前所在位置到连接索头的目标位置之间的距离{δ}作为控制变量； { δ } = δ 1 δ 2 . . . δ a ; 其中，δi为第i根径向拉索与外压环梁的连接索头的当前所在位置到其目标位置之间的距离，1≤i≤a；向张拉模块输入分级张拉方案：(1)整体张拉分j级完成，2≤j≤10；第1～(j‑1)级张拉时对第i根工装索的张拉量为δi/j，即每一级张拉均使第i根工装索的长度缩短δi/j；第j级张拉时各工装索均张拉相应的张拉量以使各径向拉索与外压环梁的连接索头均达到其设计位置；(2)每一级张拉中对各工装索的张拉方法为下列三种方法中的任意一种：同时张拉，顺序张拉或隔索张拉；所述同时张拉，为同时控制各工装索索端的穿心式千斤顶，进行张拉；所述顺序张拉，为自某一根工装索开始，绕屋盖环向依次启动各穿心式千斤顶进行张拉；所述隔索张拉，为自某一根工装索开始，绕屋盖环向跳过相邻的工装索，启动工装索端的穿心式千斤顶对相应位置的工装索进行张拉，所跳过的工装索待完成一圈隔索张拉后再进行张拉，直至所有的工装索均完成一级张拉；步骤6.3：进行第1级张拉，按照所输入的分级张拉方案对每一根工装索均张拉δi/j；步骤6.4：进行第2～(j‑1)级张拉，重复步骤6.3；步骤6.5：进行第j级张拉，按照所输入的分级张拉方案对每一根工装索实施张拉，使各径向拉索与外压环梁的连接索头达到其设计位置；停止张拉；步骤6.6：将连接索头在其设计位置处固定在外压环梁上，拆除工装索，拆除穿心式千斤顶；完成拉索的张拉。