一种预应力空间结构张力体系的内力测量方法技术

本发明专利技术的一种预应力空间结构张力体系的内力测量方法，涉及建筑施工技术领域，针对现有预应力空间结构张力系统的内力测量方法，只能得到局部张力单元的内力状态、无法定量获得整体张力系统的内力数据，导致预应力空间结构内力状态评估困难问题。步骤如下：基于奇异值分解技术确定局部待监测预张力单元的数量；确定待监测预张力单元的位置，选取内力值较大的所述预张力单元作为内力测量的对象；测量少量预张力单位的真实内力值；对预应力空间结构形状进行测量；对实际预张力体系的平衡矩阵进行奇异值分解得到预张力体系的真实自应力模态，借助局部预张力单元的真实内力值求解预张力体系的自应力模态组合系数，最后得出整个预张力体系的内力值。

A method of internal force measurement for a prestressed space structure tension system

The internal force of the measuring method of the invention is a kind of prestressed spatial structure of tension system, relates to the technical field of building construction, the internal force of the existing measuring methods of prestressed spatial structure tension system, can only get the internal force state, local tension force unit whole data tension system is unable to obtain quantitative result difficult problem state internal force of prestressed spatial structure evaluation. The steps are as follows: the singular value decomposition technique to determine the number of local monitoring unit based on pre tension; to determine the location of the unit monitoring and pre tension force, selection of the pre tension unit is larger as the object of measuring the internal force; the real internal force a few pre tension unit value; measurement of prestressed space structure by decomposing shape; the real self stress mode pre tension system of singular value balance matrix of actual pre tension system, with the help of local pre tension unit real force selfstress mode combination coefficients of pre tension system, the internal force of the pre tension value of the system.

【技术实现步骤摘要】
一种预应力空间结构张力体系的内力测量方法
本专利技术涉及建筑施工
，特别涉及一种预应力空间结构张力体系的内力测量方法。
技术介绍
预应力空间结构是一类重要的大跨度空间结构形式，常见的结构形式有张弦梁、弦支穹顶结构、空间索桁结构、索网结构及张拉整体结构等等。预应力空间结构的一个显著特征是结构系统内部布设有张力系统，以提高结构的刚度或独立进行承载。与常规的刚性结构不同，预应力空间结构采用张拉索或受压杆构成的柔性张力系统，它需要借助预张力过程来保障其有效成形，并通过建立的预张力来确保体系的稳定性，可见，预张力是大跨度空间结构体系成立的前提以及保障其服役期安全性的关键。正因如此，有关预应力空间结构张力系统的内力测量一直是国内外大跨度空间结构研究领域中的热点和难点。目前，已研究出许多成熟的索力测量方法，如磁通量法(EM法)、振动法、波动法、三点弯曲法及锚索计法等等，在实际工程中，利用上述索力测量方法进行预应力空间结构张力系统内力测量的步骤如下：(1)对预应力空间结构进行受力分析，通过分析将张力系统中受力较大或较为敏感的构件确定为监测对象；(2)分析张力系统的特点，确定索力测量方法；(3)依据确定的索力测量方法，在待监测预张力单元(张拉索和受压杆等简称为预张力单元)上布设相应的传感器，如磁通量法采用EM传感器，振动法和波动法采用加速度传感器等；(4)依据监测得到的内力数据对整个预应力空间结构的内力状态进行评估。由于受测量成本和工作量等诸多因素限制，目前有关预应力空间结构张力系统的内力测量都是基于局部构件或局部张力单元，即只能在少量的张力单元上布设传感器，监测得到的为局部张力单元的内力数据，而对预应力空间结构的整体内力状态只能做定性分析。因此，在预应力空间结构施工张拉完毕或在其服役期间，由于无法获得预应力空间结构整体张力系统的内力数据，导致预应力空间结构内力状态评估困难。
技术实现思路
针对现有预应力空间结构张力系统的内力测量方法，只能得到局部张力单元的内力状态、无法定量获得整体张力系统的内力数据，导致预应力空间结构内力状态评估困难的问题。本专利技术的目的是提供一种预应力空间结构张力体系的内力测量方法，有机地将局部的预张力测量和预张力体系的形状测量结合起来，能够准确、高效地定量求解预张力体系的整体内力状态。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种预应力空间结构张力体系的内力测量方法，步骤如下：S1：基于奇异值分解技术确定局部待监测预张力单元的数量，建立预应力空间结构的有限元模型，形成所述预应力空间结构的预张力体系数据库GE并组集其平衡矩阵AE，对所述平衡矩阵AE进行奇异值分解，根据所述平衡矩阵AE正奇异值的数量确定待监测预张力单元的数量；S2：确定所述待监测预张力单元的位置，对所述预应力空间结构在自重和预应力作用下的平衡状态进行求解，提取所述预应力空间结构张力体系的内力值，选取内力值较大的所述预张力单元作为内力测量的对象；S3：所述预张力单元的内力测量，在步骤S2确定的所述预张力单元上布设索力传感器，测量所述预张力单元的真实内力值；S4：对所述预应力空间结构形状进行测量，更新得到新的预张力体系数据库G0；S5：求解所述预应力空间结构的整体预张力，根据步骤S4得到的新的预张力体系数据库G0组集实际预张力体系的平衡矩阵A0，对所述平衡矩阵A0进行奇异值分解得到预张力体系的真实自应力模态，借助步骤S3测得的局部所述预张力单元的真实内力值求解预张力体系的自应力模态组合系数，最后得出整个预张力体系的内力值。优选的，所述步骤S1包括，确定预张力体系节点数据库、单元数据库及边界条件数据库的编码原则和数据格式，形成表征预张力体系形状、拓扑及边界信息的预张力体系数据库GE，调用所述预张力体系数据库GE形成预张力体系的平衡矩阵AE，所述平衡矩阵AE的规格为(3j-c)×b，其中、j、c和3j-c和分别为预张力体系的节点数、约束数和自由度数，b为预张力体系的张力单元数；对所述平衡矩阵AE进行奇异值分解，得到所述平衡矩阵AE的正奇异值数r，所述预张力体系的预张力单元数s＝b-r。优选的，所述步骤S2包括，提取所述预应力空间结构平衡状态下预张力体系的内力值tE(b×1)，对tE由大到小进行排序，确定前s个预张力单元为局部的内力监测对象，所述s个预张力单元的编号构成实测预张力单元编号列向量L(s×1)。优选的，所述步骤S5中，整个预张力体系的内力值的计算步骤如下：S501：调用新的预张力体系数据库G0，形成实际预张力体系的平衡矩阵A0，重新对所述平衡矩阵A0进行奇异值分解，得出公式一：式中，正奇异值数r＝rank(A0)＝rank(AE)，m为预张力体系的独立机构位移数，s为预张力体系的超静定数，b为预张力体系中预张力单元的数量,且满足关系m+r＝3j-c和s+r＝b,U((3j-c)×(3j-c))、Σ((3j-c)×b)及W(b×b)分别为平衡矩阵A0的左奇异矩阵、奇异矩阵和右奇异矩阵，Ur((3j-c)×r)和Um((3j-c)×m)分别为U的前r列向量和后m列向量构成的子矩阵，Wr(b×r)和Ws(b×s)分别为W的前r列向量和后s列向量构成的子矩阵；S502：根据公式二计算预张力自应力模态的组合系数，式中，为Ws的子矩阵，s为预张力单元数，为预张力单元的实测内力；S503：根据公式三计算得出预张力体系的内力，本专利技术的效果在于：预应力空间结构传统内力测量方法只能得到局部张力单元或局部拉索段的内力，由于实际预应力空间结构预张力体系张力单元数量众多，通常只能实现少量张力单元的内力测量，整个张力体系的内力状态只能根据局部张拉单元的实测内力进行定性估计，而无法定量获知，本专利技术的预应力空间结构张力体系的内力测量方法，它明确给出需要测量内力的预张力单元的数量、位置以及根据测量数据进行预张力体系整体内力求解的解析公式，可操作性强；而且，将局部预张力单元的内力测量和预张力体系的形状测量有机地结合起来，能够准确、高效地对张力体系整体内力进行定量测量，进而得知整个预张力体系的内力状态；因此，本专利技术的预应力空间结构张力体系的内力测量方法能够为预应力空间结构预张力体系的张拉施工(包含体系成型判别、验收等)，以及服役期安全状态监测等提供有力的技术支撑。附图说明图1为本专利技术一实施例的平面索桁架结构中预张力单元编号的示意图；图2为本专利技术一实施例的平面索桁架结构中节点编号的示意图；图3为本专利技术的预应力空间结构张力体系的内力测量方法的流程图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术提出的一种预应力空间结构张力体系的内力测量方法作进一步详细说明。根据下面的说明和权利要求书，本专利技术的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。本专利技术的核心思想在于通过对预应力空间结构张力体系的形状测量，得到预张力体系的真实几何形态，结合平衡矩阵的奇异值分解技术得到若干组预张力单元间的内力比例关系，即预张力体系的自应力模态，再进一步结合局部预张力单元的内力测量，求得预张力自应力模态的组合系数，最终实现预张力体系整体内力的测量。下面结合图1和图2说明本专利技术的一种预应力空间结构张力体系的内力测量方法，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种预应力空间结构张力体系的内力测量方法，其特征在于，步骤如下：S1：基于奇异值分解技术确定局部待监测预张力单元的数量，建立预应力空间结构的有限元模型，形成所述预应力空间结构的预张力体系数据库GE并组集其平衡矩阵AE，对所述平衡矩阵AE进行奇异值分解，根据所述平衡矩阵AE正奇异值的数量确定待监测预张力单元的数量；S2：确定所述待监测预张力单元的位置，对所述预应力空间结构在自重和预应力作用下的平衡状态进行求解，提取所述预应力空间结构张力体系的内力值，选取内力值较大的所述预张力单元作为内力测量的对象；S3：所述预张力单元的内力测量，在步骤S2确定的所述预张力单元上布设索力传感器，测量所述预张力单元的真实内力值；S4：对所述预应力空间结构形状进行测量，更新得到新的预张力体系数据库G0；S5：求解所述预应力空间结构的整体预张力，根据步骤S4得到的新的预张力体系数据库G0组集实际预张力体系的平衡矩阵A0，对所述平衡矩阵A0进行奇异值分解得到预张力体系的真实自应力模态，借助步骤S3测得的局部所述预张力单元的真实内力值求解预张力体系的自应力模态组合系数，最后得出整个预张力体系的内力值。

【技术特征摘要】
1.一种预应力空间结构张力体系的内力测量方法，其特征在于，步骤如下：S1：基于奇异值分解技术确定局部待监测预张力单元的数量，建立预应力空间结构的有限元模型，形成所述预应力空间结构的预张力体系数据库GE并组集其平衡矩阵AE，对所述平衡矩阵AE进行奇异值分解，根据所述平衡矩阵AE正奇异值的数量确定待监测预张力单元的数量；S2：确定所述待监测预张力单元的位置，对所述预应力空间结构在自重和预应力作用下的平衡状态进行求解，提取所述预应力空间结构张力体系的内力值，选取内力值较大的所述预张力单元作为内力测量的对象；S3：所述预张力单元的内力测量，在步骤S2确定的所述预张力单元上布设索力传感器，测量所述预张力单元的真实内力值；S4：对所述预应力空间结构形状进行测量，更新得到新的预张力体系数据库G0；S5：求解所述预应力空间结构的整体预张力，根据步骤S4得到的新的预张力体系数据库G0组集实际预张力体系的平衡矩阵A0，对所述平衡矩阵A0进行奇异值分解得到预张力体系的真实自应力模态，借助步骤S3测得的局部所述预张力单元的真实内力值求解预张力体系的自应力模态组合系数，最后得出整个预张力体系的内力值。2.如权利要求1所述的一种预应力空间结构张力体系的内力测量方法，其特征在于：所述步骤S1包括，确定预张力体系节点数据库、单元数据库及边界条件数据库的编码原则和数据格式，形成表征预张力体系形状、拓扑及边界信息的预张力体系数据库GE，调用所述预张力体系数据库GE形成预张力体系的平衡矩阵AE，所述平衡矩阵AE的规格为(3j-c)×b，其中、j、c和3j-c和分别为预张力体...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏巨伟，黄玉林，占羿箭，左自波，
申请(专利权)人：上海建工集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31