一种用于轮辐式屋盖结构的施工张拉控制方法技术

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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及轮辐式屋盖索系结构的一种施工张拉控制方法，属于施工

技术介绍
轮辐式屋盖结构是一种崭新的结构形式，其主要由支承柱、外压环、内环以及连接二者的径向索组成。外压环一般采用箱形截面、钢管桁架或混凝土结构制作；内环形式多样，主要分为柔性环与刚性环，视径向索的结构形式而定；径向索有单索、索桁架等各种形式。 与刚性结构的受力原理完全不同，轮辐式屋盖结构属于张拉结构，通过给径向索施加预应力才能形成结构的屋面刚度，在屋盖径向索张拉完成后达到初始预应力态。与刚性结构的施工完全不同，轮辐式屋盖结构的施工更为复杂，一般要对屋盖整体张拉完成。 针对刚性结构通常采用的施工方法有胎架支承法，整体提升法，整体滑移法，折叠式整体提升法等；此类施工方法着重在于解决如何在施工过程中克服结构重力的问题；而由索组成的柔性屋盖结构，其施工安装的难点在于预应力的建立，关键在于索的张拉，针对刚性结构的一系列施工方法不再适用。 如今，对索实施张拉是预应力结构的普遍施工方法，张拉时一般需对结构索力实施单控或者对索力与几何位形实施双控；对于象张弦梁这类构造简单的单索张拉结构，张拉时对索力单控便能很容易满足结构设计要求。但是，对于由多索组成的轮辐式屋盖结构，由于整个屋盖由多索编织而成，索系之间相互作用较强，其中一根索力的调整都会影响到整个屋盖索力与几何位形的变化。因而，在张拉到位后，很难通过调整索力实现对轮辐式屋盖结构索力与几何位形的控制。 本专利技术针对轮辐式屋盖索系结构提出了一种定尺定长制作与整体张拉的施工控制方法。采用这种方法，通过计算机模拟获得各构件与拉索的精确下料尺寸并进行构件与拉索的加工，在加工过程中对拉索的长度误差进行一定的控制，再依据下料尺寸按照一定的程序在地面组装屋盖体系；在每一根径向索与外压环梁的目标连接位置处设置一个穿心式液压千斤顶，利用工装索穿过穿心式液压千斤顶并连接径向拉索索头，启动液压千斤顶并按照一定的顺序对工装索进行张拉，便能实现径向索索头朝环梁目标连接位置处的移动；待拉索索头达到设计位置后停止张拉，并将拉索索头固定在外压环梁预先设置的耳板上，此时拆除工装索，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的设计要求。 这种对轮辐式屋盖索系采用的定尺定长制作与整体张拉的施工控制方案，不仅可以提高工作效率，缩短工期，而且通过机电液一体化控制方法，实现对张拉过程的严格控制，且在张拉完成时，索力与屋盖几何位形均能够精确满足结构的设计要求。
技术实现思路
本专利技术提出一种适用于轮辐式单层索系屋盖结构的施工张拉控制方法，即定尺定长制作与整体张拉的施工张拉控制方法。所述轮辐式单层索系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；所述定尺定长制作与整体张拉的施工方法，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下述步骤实现的 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， 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， 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， 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， 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； 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， 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， 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； {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将上述数据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，并计算出刚性构件处于目标位形{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}； 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， 其中L0i＝L0i/(1+Toi/EcA0i)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， 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； 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}-本文档来自技高网...

【技术保护点】
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）模拟分析及刚性构件与柔性构件的连接处；　　｛Ｕ｝＝＊＊＊　　其中，ｘ↓［ｍ］，ｙ↓［ｍ］，ｚ↓［ｍ］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，　　＊＊＊，其中，ε↓［ｉ］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，　　＊＊＊　　其中，ε↓［１］～ε↓［ａ］为径向拉索的制作长度误差允许值，ε↓［ａ＋１］～ε↓［ａ＋ｃ］为内环柔性拉索的制作长度误差允许值；｛ε｝的各分量按照下述规则取值：若第ｉ根拉索长度小于５０ｍ，ε↓［ｉ］取为１５ｍｍ；若第ｉ根拉索长度大于５０ｍ，小于１００ｍ，ε↓［ｉ］取为２０ｍｍ；若第ｉ根拉索长度大于１００ｍ，ε↓［ｉ］取为索长的１／５０００；　　步骤２．２：将上述数据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，并计算出刚性构件处于目标位形｛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｝＝＊＊＊　　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｛Ｌ↓［０］｝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］｝＝＊＊＊；　　其中Ｌ↓［０ｉ］＝Ｌ↓［０ｉ］／（１＋Ｔ↓［ｏｉ］／ＥｃＡ↓［０ｉ］）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］｝＝＊＊＊；　　其中，Ｌ↓［０１］～Ｌ↓［０ａ］为径向拉索的下料长度；Ｌ...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭彦林，王小安，田广宇，窦超，王昆，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]