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在新型空间结构的众多形式中,弦支穹顶结构用刚性网壳代替索穹项的上层索网,具有较大的结构赘余度和方便施工,以独特的杂交受力特点深受广大学术界和工程界人士的关注。其设计是通过计算和优化确定目标预应力性态的过程,其施工是实现弦支穹顶结构设计目标的过程。针对施工随机参数变异干扰问题,本文主要围绕如何实现弦支穹顶结构预应力施工过程的精细控制,开展了以下四个方面的研究工作。
一、本文提出了考虑施工进程影响的形态分析逆迭代法,在假定近似放样态的基础上,通过生死单元法正向模拟施工进程影响,形态补偿法逆向修正放样态几何构形和预张力方案,最终得到精确的放样态。本文采用有限元软件ANSYS的APDL语言编制了相应的形态分析程序并进行了算例分析,验证了该方法的正确性和有效性。
二、为了说明精细控制的意义,本文进行了误差模型预应力施工仿真分析并得到了结论:在没有施工反馈控制下,张拉完成后结构的实际预应力态会较远地偏离了目标预应力态。为了建立张拉全过程的反馈控制方法,在总结了施工误差数学模型的基础上,以各个施工参数为变量建立有限元模型,利用ANSYS中的PDS模块对算例进行了形态概率有限元分析,分析了施工参数变异对结构力学性能的影响规律,也为施工过程的精细控制提供了参数样本。
三、为了实现精细控制,本文提出了一种张拉全过程的反馈控制方法,在施工误差概率有限元分析的基础上,通过逆向神经网络技术构建结构响应与预张力控制值的关系模型,并在实际的多阶段张拉过程中基于实测结构响应数据对预张力控制方案进行动态调整。本文采用有限元软件ANSYS的APDL语言编制了结构施工误差概率有限元分析子程序,结合数值分析软件MATLAB中的神经网络工具箱,形成了反馈控制程序并进行了算例分析,得到了施工误差下的预应力施工调整方案。
四、为能够现场调节施工误差,本文提出了多向误差可调节点的概念,并针对弦支穹顶试验模型开发了两种多向误差可调节点,并对这种多向可调误差节点进行了单调加载实验研究,验证了该节点的有效连结作用和可靠性。在此基础上,设计制作了一弦支穹顶结构模型,分别完成了预应力实施过程控制试验研究和张拉成型及静载试验研究,前者结果表明本文提出的反馈控制方法是正确的和有效的,后者数据与有限元结果拟合较好。