專利名稱：一種用于輪輻式屋蓋結(jié)構(gòu)的施工張拉控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及輪輻式屋蓋索系結(jié)構(gòu)的一種施工張拉控制方法，屬于施工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
輪輻式屋蓋結(jié)構(gòu)是一種嶄新的結(jié)構(gòu)形式，其主要由支承柱、外壓環(huán)、內(nèi)環(huán)以及連接二者的徑向索組成。外壓環(huán)一般采用箱形截面、鋼管桁架或混凝土結(jié)構(gòu)制作；內(nèi)環(huán)形式多樣，主要分為柔性環(huán)與剛性環(huán)，視徑向索的結(jié)構(gòu)形式而定；徑向索有單索、索桁架等各種形式。
與剛性結(jié)構(gòu)的受力原理完全不同，輪輻式屋蓋結(jié)構(gòu)屬于張拉結(jié)構(gòu)，通過給徑向索施加預(yù)應(yīng)力才能形成結(jié)構(gòu)的屋面剛度，在屋蓋徑向索張拉完成后達(dá)到初始預(yù)應(yīng)力態(tài)。與剛性結(jié)構(gòu)的施工完全不同，輪輻式屋蓋結(jié)構(gòu)的施工更為復(fù)雜，一般要對屋蓋整體張拉完成。
針對剛性結(jié)構(gòu)通常采用的施工方法有胎架支承法，整體提升法，整體滑移法，折疊式整體提升法等；此類施工方法著重在于解決如何在施工過程中克服結(jié)構(gòu)重力的問題；而由索組成的柔性屋蓋結(jié)構(gòu)，其施工安裝的難點(diǎn)在于預(yù)應(yīng)力的建立，關(guān)鍵在于索的張拉，針對剛性結(jié)構(gòu)的一系列施工方法不再適用。
如今，對索實(shí)施張拉是預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的普遍施工方法，張拉時(shí)一般需對結(jié)構(gòu)索力實(shí)施單控或者對索力與幾何位形實(shí)施雙控；對于象張弦梁這類構(gòu)造簡單的單索張拉結(jié)構(gòu)，張拉時(shí)對索力單控便能很容易滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。但是，對于由多索組成的輪輻式屋蓋結(jié)構(gòu)，由于整個(gè)屋蓋由多索編織而成，索系之間相互作用較強(qiáng)，其中一根索力的調(diào)整都會影響到整個(gè)屋蓋索力與幾何位形的變化。因而，在張拉到位后，很難通過調(diào)整索力實(shí)現(xiàn)對輪輻式屋蓋結(jié)構(gòu)索力與幾何位形的控制。
本發(fā)明針對輪輻式屋蓋索系結(jié)構(gòu)提出了一種定尺定長制作與整體張拉的施工控制方法。采用這種方法，通過計(jì)算機(jī)模擬獲得各構(gòu)件與拉索的精確下料尺寸并進(jìn)行構(gòu)件與拉索的加工，在加工過程中對拉索的長度誤差進(jìn)行一定的控制，再依據(jù)下料尺寸按照一定的程序在地面組裝屋蓋體系；在每一根徑向索與外壓環(huán)梁的目標(biāo)連接位置處設(shè)置一個(gè)穿心式液壓千斤頂，利用工裝索穿過穿心式液壓千斤頂并連接徑向拉索索頭，啟動(dòng)液壓千斤頂并按照一定的順序?qū)ぱb索進(jìn)行張拉，便能實(shí)現(xiàn)徑向索索頭朝環(huán)梁目標(biāo)連接位置處的移動(dòng)；待拉索索頭達(dá)到設(shè)計(jì)位置后停止張拉，并將拉索索頭固定在外壓環(huán)梁預(yù)先設(shè)置的耳板上，此時(shí)拆除工裝索，完成索系的張拉施工。按照這種方法張拉成型的屋蓋結(jié)構(gòu)，其索力與幾何位形均能夠精確滿足結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求。
這種對輪輻式屋蓋索系采用的定尺定長制作與整體張拉的施工控制方案，不僅可以提高工作效率，縮短工期，而且通過機(jī)電液一體化控制方法，實(shí)現(xiàn)對張拉過程的嚴(yán)格控制，且在張拉完成時(shí)，索力與屋蓋幾何位形均能夠精確滿足結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種適用于輪輻式單層索系屋蓋結(jié)構(gòu)的施工張拉控制方法，即定尺定長制作與整體張拉的施工張拉控制方法。所述輪輻式單層索系屋蓋結(jié)構(gòu)由徑向拉索、內(nèi)環(huán)構(gòu)件、外壓環(huán)梁、支承柱組成；外壓環(huán)梁支承在支承柱上，而內(nèi)環(huán)構(gòu)件通過徑向拉索與外壓環(huán)梁相連；所述定尺定長制作與整體張拉的施工方法，其特征在于，是在一個(gè)由模擬分析模塊、定尺定長制作模塊、索長誤差測定模塊、拼裝模塊、張拉模塊組成的施工控制系統(tǒng)中按照下述步驟實(shí)現(xiàn)的 步驟1組建施工控制系統(tǒng)，包含如下模塊 (1)模擬分析模塊；(2)定尺定長制作模塊；(3)索長誤差測定模塊；(4)拼裝模塊；(5)張拉模塊；所述模擬分析模塊包含內(nèi)嵌有限元分析模塊； 步驟2進(jìn)入所述模擬分析模塊對所述輪輻式單層索系屋蓋結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬分析，具體按下述步驟進(jìn)行 步驟2.1向所述模擬分析模塊中輸入所述輪輻式單層索系屋蓋結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，包括 (1)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的類別與數(shù)目，包括徑向拉索a根，外壓環(huán)梁b根，內(nèi)環(huán)構(gòu)件c根，支承柱d根；其中，內(nèi)環(huán)構(gòu)件為內(nèi)環(huán)柔性拉索或內(nèi)環(huán)剛性構(gòu)件；其中，a≥1，b≥1，c≥1，d≥1； (2)材料屬性，包括拉索的彈性模量Ec，剛性構(gòu)件的鋼材的彈性模量Es；若內(nèi)環(huán)構(gòu)件為內(nèi)環(huán)剛性構(gòu)件，所述拉索僅包括徑向拉索，所述剛性構(gòu)件包括支承柱、外壓環(huán)梁與內(nèi)環(huán)剛性構(gòu)件；若內(nèi)環(huán)構(gòu)件為內(nèi)環(huán)柔性拉索，所述拉索包括徑向拉索與內(nèi)環(huán)柔性拉索，所述剛性構(gòu)件包括支承柱與外壓環(huán)梁； (3)各構(gòu)件的截面屬性，包括外壓環(huán)梁的截面形式與尺寸，支承柱的截面形式與尺寸，內(nèi)環(huán)構(gòu)件的截面形式與尺寸，拉索的截面面積{A}； 若內(nèi)環(huán)構(gòu)件為內(nèi)環(huán)剛性構(gòu)件，則， 其中，Ai為第i根徑向拉索的截面面積，1≤i≤a； 若內(nèi)環(huán)構(gòu)件為內(nèi)環(huán)柔性拉索，則， 其中，A1～Aa為徑向拉索的截面面積，Aa+1～Aa+c為內(nèi)環(huán)柔性拉索的截面面積； (4)拉索的張拉目標(biāo)長度{L}與拉索張拉目標(biāo)內(nèi)力{T} 若內(nèi)環(huán)構(gòu)件為內(nèi)環(huán)剛性構(gòu)件，則， 其中Li為第i根徑向拉索的張拉目標(biāo)長度，Ti為第i根徑向拉索的張拉目標(biāo)內(nèi)力，1≤i≤a；若內(nèi)環(huán)構(gòu)件為內(nèi)環(huán)柔性拉索，則， 其中L1～La為徑向拉索的張拉目標(biāo)長度，La+1～La+c為內(nèi)環(huán)柔性拉索的張拉目標(biāo)長度；T1～Ta為徑向拉索的張拉目標(biāo)內(nèi)力，Ta+1～Ta+c為內(nèi)環(huán)柔性拉索的張拉目標(biāo)內(nèi)力； (5)剛性構(gòu)件控制點(diǎn)的設(shè)計(jì)目標(biāo)坐標(biāo)，包括所述剛性構(gòu)件控制點(diǎn)的個(gè)數(shù)n，所述剛性構(gòu)件控制點(diǎn)的設(shè)計(jì)坐標(biāo){U}；所述剛性構(gòu)件控制點(diǎn)位于剛性構(gòu)件與剛性構(gòu)件的拼接處，及剛性構(gòu)件與柔性構(gòu)件的連接處； 其中，xm，ym，zm分別為第m個(gè)控制點(diǎn)的設(shè)計(jì)目標(biāo)坐標(biāo)在三個(gè)方向的分量，1≤m≤n； (6)拉索長度誤差允許值{ε} 若內(nèi)環(huán)構(gòu)件為內(nèi)環(huán)剛性構(gòu)件，則， 其中，εi為第i根徑向拉索的制作長度誤差允許值，1≤i≤a； 若內(nèi)環(huán)構(gòu)件為內(nèi)環(huán)柔性拉索，則， 其中，ε1～εa為徑向拉索的制作長度誤差允許值，εa+1～εa+c為內(nèi)環(huán)柔性拉索的制作長度誤差允許值； {ε}的各分量按照下述規(guī)則取值若第i根拉索長度小于50m，εi取為15mm；若第i根拉索長度大于50m，小于100m，εi取為20mm；若第i根拉索長度大于100m，εi取為索長的1/5000； 步驟2.2將上述數(shù)據(jù)輸入到內(nèi)嵌有限元分析模塊中，在該模塊中建立結(jié)構(gòu)整體分析有限元模型，并計(jì)算出剛性構(gòu)件處于目標(biāo)位形{U}以及拉索處于目標(biāo)內(nèi)力{T}的狀態(tài)；然后“殺死”所有的拉索單元，使所有的拉索單元均處于零應(yīng)力狀態(tài)，此時(shí)讀取各控制點(diǎn)發(fā)生變形為{ΔU}； 步驟2.3模擬分析模塊將所有數(shù)據(jù)傳遞給定尺定長制作模塊，包括所述結(jié)構(gòu)參數(shù)與模擬分析中各控制點(diǎn)發(fā)生的變形{ΔU}； 步驟3進(jìn)入定尺定長制作模塊，定尺定長制作模塊接收模擬分析模塊傳遞的數(shù)據(jù)，進(jìn)行構(gòu)件的下料加工，具體按下述步驟進(jìn)行 步驟3.1以{L0}作為各拉索的下料長度進(jìn)行拉索的加工 若內(nèi)環(huán)構(gòu)件為內(nèi)環(huán)剛性構(gòu)件，則， 其中L0i＝L0i/(1+Toi/EcA0i)為第i根徑向拉索的下料長度，1≤i≤a； 若內(nèi)環(huán)構(gòu)件為內(nèi)環(huán)柔性拉索，則， 其中，L01～L0a為徑向拉索的下料長度；L0，a+1～L0，a+c為內(nèi)環(huán)柔性拉索的下料長度； 步驟3.2以{U0}作為剛性構(gòu)件各控制點(diǎn)的下料放樣坐標(biāo)，進(jìn)行剛性構(gòu)件的加工； 步驟4進(jìn)入索長誤差測定模塊，對拉索的制作誤差進(jìn)行測定，具體按照下述步驟進(jìn)行 步驟4.1使用通用長度測量工具測量拉索的實(shí)際長度為{L1}，可得到拉索的制作誤差為{ΔL}＝{L1}-{L0}， 若內(nèi)環(huán)構(gòu)件為內(nèi)環(huán)剛性構(gòu)件，則， 其中，L1i為第i根徑向拉索的實(shí)際長度，ΔLi＝L1i-L0i為第i根徑向拉索的制作誤差，1≤i≤a； 若內(nèi)環(huán)構(gòu)件為內(nèi)環(huán)柔性拉索，則， 其中，L11～L1a為徑向拉索的實(shí)際長度，L1a～L1，a+c內(nèi)環(huán)柔性拉索的實(shí)際長度；ΔL1～ΔLa為徑向拉索的制作誤差，ΔLa～ΔLa+c為內(nèi)環(huán)柔性拉索的制作誤差； 步驟4.2若{ΔL}中的所有分量均滿足ΔLk≤εk，則退出索長制作誤差測定模塊，進(jìn)入步驟5；若其中有ΔLs＞εs，則重新進(jìn)入步驟3，即進(jìn)入定尺定長制作模塊中，調(diào)整第s根拉索尺寸，待其調(diào)整完畢后重復(fù)步驟4.1和4.2，直至所有的拉索誤差均小于誤差允許值，即{ΔL}中的所有分量均滿足ΔLk≤ζk； 步驟5進(jìn)入拼裝模塊，具體按下述步驟進(jìn)行 步驟5.1將在定尺定長制作模塊中加工得到的支承柱、外壓環(huán)梁、內(nèi)環(huán)構(gòu)件進(jìn)行拼裝按照控制點(diǎn)的放樣坐標(biāo){U0}拼裝支承柱，再按照控制點(diǎn)的放樣坐標(biāo){U0}在支承柱頂部拼裝外壓環(huán)梁，并在結(jié)構(gòu)的平面中心位置的地面上拼裝內(nèi)環(huán)剛性構(gòu)件或連接內(nèi)環(huán)拉索； 步驟5.2在外壓環(huán)梁與徑向拉索的目標(biāo)連接位置處布置穿心式千斤頂；將徑向拉索一端連接在內(nèi)環(huán)剛性構(gòu)件或內(nèi)環(huán)拉索上，另一端連接在工裝索上；工裝索的一端與徑向拉索相連，另一端穿過穿心式千斤頂； 步驟6進(jìn)入張拉模塊，進(jìn)行徑向拉索的張拉，具體按照下述步驟進(jìn)行 步驟6.1進(jìn)行徑向拉索的預(yù)張緊控制各穿心式千斤頂，對各工裝索進(jìn)行張拉，使第i根徑向拉索的內(nèi)力達(dá)到Ti/100，1≤i≤a，，暫停張拉； 步驟6.2在完成步驟6.1后，以各徑向索與外壓環(huán)梁的連接索頭當(dāng)前所在位置到連接索頭的目標(biāo)位置之間的距離{δ}作為控制變量； 其中，δi為第i根徑向拉索與外壓環(huán)梁的連接索頭的當(dāng)前所在位置到其目標(biāo)位置之間的距離，1≤i≤a； 向張拉模塊輸入分級張拉方案 (1)整體張拉分j級完成，2≤j≤10；第1～(j-1)級張拉時(shí)對第i根工裝索的張拉量為δi/j，即每一級張拉均使第i根工裝索的長度縮短δi/j；第j級張拉時(shí)各工裝索均張拉相應(yīng)的張拉量以使各徑向索與外壓環(huán)梁的連接索頭均達(dá)到其設(shè)計(jì)位置； (2)每一級張拉中對各工裝索的張拉方法為下列三種方法中的任意一種同時(shí)張拉，順序張拉或隔索張拉；所述同時(shí)張拉，為同時(shí)控制各工裝索索端的穿心式千斤頂，進(jìn)行張拉；所述順序張拉，為自某一根工裝索開始，繞屋蓋環(huán)向依次啟動(dòng)各穿心式千斤頂進(jìn)行張拉；所述隔索張拉，為自某一根工裝索開始，繞屋蓋環(huán)向跳過相鄰的工裝索，啟動(dòng)工裝索端的穿心式千斤頂對相應(yīng)位置的工裝索進(jìn)行張拉，所跳過的工裝索待完成一圈隔索張拉后再進(jìn)行張拉，直至所有的工裝索均完成一級張拉； 步驟6.3進(jìn)行第1級張拉，按照所輸入的施工方法對每一根工裝索均張拉δi/j； 步驟6.4進(jìn)行第2～(j-1)級張拉，重復(fù)步驟6.3； 步驟6.5進(jìn)行第j級張拉，按照所輸入的施工方法對每一根工裝索實(shí)施張拉，使各徑向拉索與外壓環(huán)梁的連接索頭達(dá)到其設(shè)計(jì)位置；停止張拉； 步驟6.6將連接索頭在其設(shè)計(jì)位置處固定在外壓環(huán)梁上，拆除工裝索，拆除張拉千斤頂；完成拉索的張拉。
至此，可準(zhǔn)確滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對屋蓋索力與幾何位形的要求。



圖1為輪輻式單層索系屋蓋結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為處于張拉初始狀態(tài)的輪輻式單層索系屋蓋結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為處于預(yù)張緊狀態(tài)的輪輻式單層索系屋蓋結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為處于分級張拉完成狀態(tài)的輪輻式單層索系屋蓋結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為處于張拉完成狀態(tài)的輪輻式單層索系屋蓋結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為隔索張拉施工順序示意，其中已經(jīng)完成所有奇數(shù)編號的索的張拉。
圖7為本發(fā)明實(shí)施流程圖。

具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合附圖1～7，具體說明本發(fā)明的實(shí)施方式 如圖1所示，所述輪輻式單層索系屋蓋結(jié)構(gòu)由徑向拉索1、內(nèi)環(huán)構(gòu)件2、外壓環(huán)梁3、支承柱4組成；如圖7，所述定尺定長制作與整體張拉的施工方法，其特征在于，是在一個(gè)由模擬分析模塊、定尺定長制作模塊、索長誤差測定模塊、拼裝模塊、張拉模塊組成的施工控制系統(tǒng)中按照下述步驟實(shí)現(xiàn)的 步驟1組建施工控制系統(tǒng)，包含如下模塊 (1)模擬分析模塊；(2)定尺定長制作模塊；(3)索長誤差測定模塊；(4)拼裝模塊；(5)張拉模塊；所述模擬分析模塊包含內(nèi)嵌有限元分析模塊； 步驟2進(jìn)入所述模擬分析模塊對所述輪輻式單層索系屋蓋結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬分析，具體按下述步驟進(jìn)行 步驟2.1向所述模擬分析模塊中輸入所述輪輻式單層索系屋蓋結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，包括 (1)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的類別與數(shù)目，包括徑向拉索a根，外壓環(huán)梁b根，內(nèi)環(huán)構(gòu)件c根，支承柱d根；其中，內(nèi)環(huán)構(gòu)件為內(nèi)環(huán)柔性拉索或內(nèi)環(huán)剛性構(gòu)件；其中，a≥1，b≥1，c≥1，d≥1； (2)材料屬性，包括拉索的彈性模量Ec，剛性構(gòu)件的鋼材的彈性模量Es；若內(nèi)環(huán)構(gòu)件為內(nèi)環(huán)剛性構(gòu)件，所述拉索僅包括徑向拉索，所述剛性構(gòu)件包括支承柱、外壓環(huán)梁與內(nèi)環(huán)剛性構(gòu)件；若內(nèi)環(huán)構(gòu)件為內(nèi)環(huán)柔性拉索，所述拉索包括徑向拉索與內(nèi)環(huán)柔性拉索，所述剛性構(gòu)件包括支承柱與外壓環(huán)梁； (3)各構(gòu)件的截面屬性，包括外壓環(huán)梁的截面形式與尺寸，支承柱的截面形式與尺寸，內(nèi)環(huán)構(gòu)件的截面形式與尺寸，拉索的截面面積{A}； 若內(nèi)環(huán)構(gòu)件為內(nèi)環(huán)剛性構(gòu)件，剛， 其中，Ai為第i根徑向拉索的截面面積，1≤i≤a； 若內(nèi)環(huán)構(gòu)件為內(nèi)環(huán)柔性拉索，則， 其中，A1～Aa為徑向拉索的截面面積，Aa+1～Aa+c為內(nèi)環(huán)柔性拉索的截面面積； (4)拉索的張拉目標(biāo)長度{L}與拉索張拉目標(biāo)內(nèi)力{T} 若內(nèi)環(huán)構(gòu)件為內(nèi)環(huán)剛性構(gòu)件，則， 其中Li為第i根徑向拉索的張拉目標(biāo)長度，Ti為第i根徑向拉索的張拉目標(biāo)內(nèi)力，1≤i≤a；若內(nèi)環(huán)構(gòu)件為內(nèi)環(huán)柔性拉索，則， 其中L1～La為徑向拉索的張拉目標(biāo)長度，La+1～La+c為內(nèi)環(huán)柔性拉索的張拉目標(biāo)長度；T1～Ta為徑向拉索的張拉目標(biāo)內(nèi)力，Ta+1～Ta+c為內(nèi)環(huán)柔性拉索的張拉目標(biāo)內(nèi)力； (5)剛性構(gòu)件控制點(diǎn)的設(shè)計(jì)目標(biāo)坐標(biāo)，包括所述剛性構(gòu)件控制點(diǎn)的個(gè)數(shù)n，所述剛性構(gòu)件控制點(diǎn)的設(shè)計(jì)坐標(biāo){U}；所述剛性構(gòu)件控制點(diǎn)位于剛性構(gòu)件與剛性構(gòu)件的拼接處，及剛性構(gòu)件與柔性構(gòu)件的連接處； 其中，xm，ym，zm分別為第m個(gè)控制點(diǎn)的設(shè)計(jì)目標(biāo)坐標(biāo)在三個(gè)方向的分量，1≤m≤n； (6)拉索長度誤差允許值{ε} 若內(nèi)環(huán)構(gòu)件為內(nèi)環(huán)剛性構(gòu)件，則， 其中，εi為第i根徑向拉索的制作長度誤差允許值，1≤i≤a； 若內(nèi)環(huán)構(gòu)件為內(nèi)環(huán)柔性拉索，則， 其中，ε1～εa為徑向拉索的制作長度誤差允許值，εa+1～εa+c為內(nèi)環(huán)柔性拉索的制作長度誤差允許值； {ε}的各分量按照下述規(guī)則取值若第i根拉索長度小于50m，εi取為15mm；若第i根拉索長度大于50m，小于100m，εi取為20mm；若第i根拉索長度大于100m，εi取為索長的1/5000； 步驟2.2將上述數(shù)據(jù)輸入到內(nèi)嵌有限元分析模塊中，在該模塊中建立結(jié)構(gòu)整體分析有限元模型，并計(jì)算出剛性構(gòu)件處于目標(biāo)位形{U}以及拉索處于目標(biāo)內(nèi)力{T}的狀態(tài)；然后“殺死”所有的拉索單元，使所有的拉索單元均處于零應(yīng)力狀態(tài)，此時(shí)讀取各控制點(diǎn)發(fā)生變形為{ΔU}； 步驟2.3模擬分析模塊將所有數(shù)據(jù)傳遞給定尺定長制作模塊，包括所述結(jié)構(gòu)參數(shù)與模擬分析中各控制點(diǎn)發(fā)生的變形{ΔU}； 步驟3進(jìn)入定尺定長制作模塊，定尺定長制作模塊接收模擬分析模塊傳遞的數(shù)據(jù)，進(jìn)行構(gòu)件的下料加工，具體按下述步驟進(jìn)行 步驟3.1以{L0}作為各拉索的下料長度進(jìn)行拉索的加工 若內(nèi)環(huán)構(gòu)件為內(nèi)環(huán)剛性構(gòu)件，則， 其中L0i＝L0i/(1+Toi/EcA0i)為第i根徑向拉索的下料長度，1≤i≤a； 若內(nèi)環(huán)構(gòu)件為內(nèi)環(huán)柔性拉索，則， 其中，L01～L0a為徑向拉索的下料長度；L0，a+1～L0，a+c為內(nèi)環(huán)柔性拉索的下料長度； 步驟3.2以{U0}作為剛性構(gòu)件各控制點(diǎn)的下料放樣坐標(biāo)，進(jìn)行剛性構(gòu)件的加工； 步驟4進(jìn)入索長誤差測定模塊，對拉索的制作誤差進(jìn)行測定，具體按照下述步驟進(jìn)行 步驟4.1使用通用長度測量工具測量拉索的實(shí)際長度為{L1}，可得到拉索的制作誤差為{ΔL}＝{L1}-{L0}，若內(nèi)環(huán)構(gòu)件為內(nèi)環(huán)剛性構(gòu)件，則， 其中，L1i為第i根徑向拉索的實(shí)際長度，ΔLi＝L1i-L0i為第i根徑向拉索的制作誤差，1≤i≤a； 若內(nèi)環(huán)構(gòu)件為內(nèi)環(huán)柔性拉索，則， 其中，L11～L1a為徑向拉索的實(shí)際長度，L1a～L1，a+c內(nèi)環(huán)柔性拉索的實(shí)際長度；ΔL1～ΔLa為徑向拉索的制作誤差，ΔLa～ΔLa+c為內(nèi)環(huán)柔性拉索的制作誤差； 步驟4.2若{ΔL}中的所有分量均滿足ΔLk≤εk，則退出索長制作誤差測定模塊，進(jìn)入步驟5；若其中有ΔLs＞εs，則重新進(jìn)入步驟3，即進(jìn)入定尺定長制作模塊中，調(diào)整第s根拉索尺寸，待其調(diào)整完畢后重復(fù)步驟4.1和4.2，直至所有的拉索誤差均小于誤差允許值，即{ΔL}中的所有分量均滿足ΔLk≤εk； 步驟5進(jìn)入拼裝模塊，具體按下述步驟進(jìn)行 步驟5.1將在定尺定長制作模塊中加工得到的支承柱4、外壓環(huán)梁3、內(nèi)環(huán)構(gòu)件2進(jìn)行拼裝按照控制點(diǎn)的放樣坐標(biāo){U0}拼裝支承柱4，再按照控制點(diǎn)的放樣坐標(biāo){U0}在支承柱頂部拼裝外壓環(huán)梁3，并在結(jié)構(gòu)的平面中心位置的地面上拼裝內(nèi)環(huán)剛性構(gòu)件或連接內(nèi)環(huán)拉索2； 步驟5.2在外壓環(huán)梁3與徑向拉索1的目標(biāo)連接位置處布置穿心式千斤頂7；將徑向拉索1一端連接在內(nèi)環(huán)構(gòu)件2上，另一端連接在工裝索5上；工裝索5的一端與徑向拉索1相連，另一端穿過穿心式千斤頂7； 步驟6進(jìn)入張拉模塊，進(jìn)行徑向拉索1的張拉，具體按照下述步驟進(jìn)行 步驟6.1如圖3所示，進(jìn)行徑向拉索1的預(yù)張緊控制各穿心式千斤頂，對各工裝索進(jìn)行張拉，使第i根徑向拉索的內(nèi)力達(dá)到Ti/100，1≤i≤a，，暫停張拉； 步驟6.2如圖3所示，在完成步驟6.1后，以各徑向索1與外壓環(huán)梁3的連接索頭6當(dāng)前所在位置到連接索頭6的目標(biāo)位置之間的距離{δ}作為控制變量； 其中，δi為第i根徑向拉索1與外壓環(huán)梁3的連接索頭的當(dāng)前所在位置到其目標(biāo)位置之間的距離，1≤i≤a； 向張拉模塊輸入分級張拉方案 (1)整體張拉分j級完成，2≤j≤10；第1～(j-1)級張拉時(shí)對第i根工裝索的張拉量為δi/j，即每一級張拉均使第i根工裝索的長度縮短δi/j；第j級張拉時(shí)各工裝索均張拉相應(yīng)的張拉量以使各徑向索與外壓環(huán)梁的連接索頭均達(dá)到其設(shè)計(jì)位置； (2)每一級張拉中對各工裝索的張拉方法為下列三種方法中的任意一種同時(shí)張拉，順序張拉或隔索張拉；所述同時(shí)張拉，為控制各工裝索端的穿心式千斤頂，同時(shí)進(jìn)行張拉，即如圖4所示，對所有的工裝索c-1～c-a同時(shí)進(jìn)行張拉；所述順序張拉，為自某一根工裝索開始，繞屋蓋環(huán)向依次啟動(dòng)各穿心式千斤頂對所控制的工裝索進(jìn)行張拉，即如圖4所示，首先張拉工裝索c-1，然后再張拉工裝索c-2，之后按照該順序依次張拉各工裝索，直至完成對工裝索c-a的張拉；所述隔索張拉，為自某一根工裝索開始，繞屋蓋環(huán)向跳過相鄰的工裝索，啟動(dòng)相鄰工裝索另一側(cè)的工裝索所連的穿心式千斤頂對該工裝索進(jìn)行張拉，所跳過的工裝索待完成一圈隔索張拉操作后再進(jìn)行張拉，直至所有的工裝索均完成一級張拉，即如圖6所示，首先張拉工裝索c-1，再張拉工裝索c-3，再依次完成余下所有奇數(shù)編號的工裝索的張拉，之后張拉工裝索c-2，再依次張拉其余偶數(shù)編號的工裝索，直至所有的工裝索均完成一級張拉； 步驟6.3進(jìn)行第1級張拉，按照所輸入的施工方法對每一根工裝索均張拉δi/j； 步驟6.4進(jìn)行第2～(j-1)級張拉，重復(fù)步驟6.3； 步驟6.5如圖5所示，進(jìn)行第j級張拉，按照所輸入的施工方法對每一根工裝索實(shí)施張拉，使各徑向拉索與外壓環(huán)梁的連接索頭達(dá)到其設(shè)計(jì)位置；停止張拉； 步驟6.6將連接索頭在其設(shè)計(jì)位置處固定在外壓環(huán)梁上，拆除工裝索，拆除張拉千斤頂；完成拉索的張拉。
權(quán)利要求
1.一種用于輪輻式屋蓋結(jié)構(gòu)的施工張拉控制方法，其特征在于，是在一個(gè)由模擬分析模塊、定尺定長制作模塊、索長誤差測定模塊、拼裝模塊、張拉模塊組成的施工控制系統(tǒng)中按照特定步驟實(shí)現(xiàn)的；所述輪輻式屋蓋結(jié)構(gòu)的施工張拉控制方法用于輪輻式屋蓋結(jié)構(gòu)的施工，所述輪輻式屋蓋結(jié)構(gòu)由徑向拉索、內(nèi)環(huán)構(gòu)件、外壓環(huán)梁、支承柱組成；外壓環(huán)梁支承在支承柱上，而內(nèi)環(huán)構(gòu)件通過徑向拉索與外壓環(huán)梁相連；
所述輪輻式屋蓋結(jié)構(gòu)的施工張拉控制方法具體按下述步驟進(jìn)行
步驟1組建施工控制系統(tǒng)，包含如下模塊
(1)模擬分析模塊；(2)定尺定長制作模塊；(3)索長誤差測定模塊；(4)拼裝模塊；(5)張拉模塊；所述模擬分析模塊包含內(nèi)嵌有限元分析模塊；
步驟2進(jìn)入所述模擬分析模塊對所述輪輻式單層索系屋蓋結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬分析，具體按下述步驟進(jìn)行
步驟2.1向所述模擬分析模塊中輸入所述輪輻式單層索系屋蓋結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，包括
(1)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的類別與數(shù)目，包括徑向拉索a根，外壓環(huán)梁b根，內(nèi)環(huán)構(gòu)件c根，支承柱d根；其中，內(nèi)環(huán)構(gòu)件為內(nèi)環(huán)柔性拉索或內(nèi)環(huán)剛性構(gòu)件；其中，a≥1，b≥1，c≥1，d≥1；
(2)材料屬性，包括拉索的彈性模量Ec，剛性構(gòu)件的鋼材的彈性模量Es；若內(nèi)環(huán)構(gòu)件為內(nèi)環(huán)剛性構(gòu)件，所述拉索僅包括徑向拉索，所述剛性構(gòu)件包括支承柱、外壓環(huán)梁與內(nèi)環(huán)剛性構(gòu)件；若內(nèi)環(huán)構(gòu)件為內(nèi)環(huán)柔性拉索，所述拉索包括徑向拉索與內(nèi)環(huán)柔性拉索，所述剛性構(gòu)件包括支承柱與外壓環(huán)梁；
(3)各構(gòu)件的截面屬性，包括外壓環(huán)梁的截面形式與尺寸，支承柱的截面形式與尺寸，內(nèi)環(huán)構(gòu)件的截面形式與尺寸，拉索的截面面積{A}；
若內(nèi)環(huán)構(gòu)件為內(nèi)環(huán)剛性構(gòu)件，則，
其中，Ai為第i根徑向拉索的截面面積，1≤i≤a；
若內(nèi)環(huán)構(gòu)件為內(nèi)環(huán)柔性拉索，則，
其中，A1～Aa為徑向拉索的截面面積，Aa+1～Aa+c為內(nèi)環(huán)柔性拉索的截面面積；
(4)拉索的張拉目標(biāo)長度{L}與拉索張拉目標(biāo)內(nèi)力{T}
若內(nèi)環(huán)構(gòu)件為內(nèi)環(huán)剛性構(gòu)件，則，
其中Li為第i根徑向拉索的張拉目標(biāo)長度，Ti為第i根徑向拉索的張拉目標(biāo)內(nèi)力，1≤i≤a；若內(nèi)環(huán)構(gòu)件為內(nèi)環(huán)柔性拉索，則，
其中L1～La為徑向拉索的張拉目標(biāo)長度，La+1～La+c為內(nèi)環(huán)柔性拉索的張拉目標(biāo)長度；T1～Ta為徑向拉索的張拉目標(biāo)內(nèi)力，Ta+1～Ta+c為內(nèi)環(huán)柔性拉索的張拉目標(biāo)內(nèi)力；
(5)剛性構(gòu)件控制點(diǎn)的設(shè)計(jì)目標(biāo)坐標(biāo)，包括所述剛性構(gòu)件控制點(diǎn)的個(gè)數(shù)n，所述剛性構(gòu)件控制點(diǎn)的設(shè)計(jì)坐標(biāo){U}；所述剛性構(gòu)件控制點(diǎn)位于剛性構(gòu)件與剛性構(gòu)件的拼接處，及剛性構(gòu)件與柔性構(gòu)件的連接處；
其中，xm，ym，zm分別為第m個(gè)控制點(diǎn)的設(shè)計(jì)目標(biāo)坐標(biāo)在三個(gè)方向的分量，1≤m≤n；
(6)拉索長度誤差允許值{ε}
若內(nèi)環(huán)構(gòu)件為內(nèi)環(huán)剛性構(gòu)件，則，
其中，εi為第i根徑向拉索的制作長度誤差允許值，1≤i≤a；
若內(nèi)環(huán)構(gòu)件為內(nèi)環(huán)柔性拉索，則，
其中，ε1～εa為徑向拉索的制作長度誤差允許值，εa+1～εa+c為內(nèi)環(huán)柔性拉索的制作長度誤差允許值；
{ε}的各分量按照下述規(guī)則取值若第i根拉索長度小于50m，εi取為15mm；若第i根拉索長度大于50m，小于100m，εi取為20mm；若第i根拉索長度大于100m，εi取為索長的1/5000；
步驟2.2將上述數(shù)據(jù)輸入到內(nèi)嵌有限元分析模塊中，在該模塊中建立結(jié)構(gòu)整體分析有限元模型，并計(jì)算出剛性構(gòu)件處于目標(biāo)位形{U}以及拉索處于目標(biāo)內(nèi)力{T}的狀態(tài)；然后“殺死”所有的拉索單元，使所有的拉索單元均處于零應(yīng)力狀態(tài)，此時(shí)讀取各控制點(diǎn)發(fā)生變形為{ΔU}；
步驟2.3模擬分析模塊將所有數(shù)據(jù)傳遞給定尺定長制作模塊，包括所述結(jié)構(gòu)參數(shù)與模擬分析中各控制點(diǎn)發(fā)生的變形{ΔU}；
步驟3進(jìn)入定尺定長制作模塊，定尺定長制作模塊接收模擬分析模塊傳遞的數(shù)據(jù)，進(jìn)行構(gòu)件的下料加工，具體按下述步驟進(jìn)行
步驟3.1以{L0}作為各拉索的下料長度進(jìn)行拉索的加工
若內(nèi)環(huán)構(gòu)件為內(nèi)環(huán)剛性構(gòu)件，則，
其中L0i＝L0i/(1+Toi/EcA0i)為第i根徑向拉索的下料長度，1≤i≤a；
若內(nèi)環(huán)構(gòu)件為內(nèi)環(huán)柔性拉索，則，
其中，L01～L0a為徑向拉索的下料長度；L0，a+1～L0，a+c為內(nèi)環(huán)柔性拉索的下料長度；步驟3.2以{U0}作為剛性構(gòu)件各控制點(diǎn)的下料放樣坐標(biāo)，進(jìn)行剛性構(gòu)件的加工；
步驟4進(jìn)入索長誤差測定模塊，對拉索的制作誤差進(jìn)行測定，具體按照下述步驟進(jìn)行
步驟4.1使用通用長度測量工具測量拉索的實(shí)際長度為{L1}，可得到拉索的制作誤差為{ΔL}＝{L1}-{L0}，
若內(nèi)環(huán)構(gòu)件為內(nèi)環(huán)剛性構(gòu)件，則，
其中，L1i為第i根徑向拉索的實(shí)際長度，ΔLi＝L1i-L0i為第i根徑向拉索的制作誤差，1≤i≤a；
若內(nèi)環(huán)構(gòu)件為內(nèi)環(huán)柔性拉索，則，
其中，L11～L1a為徑向拉索的實(shí)際長度，L1a～L1，a+c內(nèi)環(huán)柔性拉索的實(shí)際長度；ΔL1～ΔLa為徑向拉索的制作誤差，ΔLa～ΔLa+c為內(nèi)環(huán)柔性拉索的制作誤差；
步驟4.2若{ΔL}中的所有分量均滿足ΔLk≤εk，則退出索長制作誤差測定模塊，進(jìn)入步驟5；若其中有ΔLs＞εs，則重新進(jìn)入步驟3，即進(jìn)入定尺定長制作模塊中，調(diào)整第s根拉索尺寸，待其調(diào)整完畢后重復(fù)步驟4.1和4.2，直至所有的拉索誤差均小于誤差允許值，即{ΔL}中的所有分量均滿足ΔLk≤εk；
步驟5進(jìn)入拼裝模塊，具體按下述步驟進(jìn)行
步驟5.1將在定尺定長制作模塊中加工得到的支承柱、外壓環(huán)梁、內(nèi)環(huán)構(gòu)件進(jìn)行拼裝按照控制點(diǎn)的放樣坐標(biāo){U0}拼裝支承柱，再按照控制點(diǎn)的放樣坐標(biāo){U0}在支承柱頂部拼裝外壓環(huán)梁，并在結(jié)構(gòu)的平面中心位置的地面上拼裝內(nèi)環(huán)剛性構(gòu)件或連接內(nèi)環(huán)拉索；
步驟5.2在外壓環(huán)梁與徑向拉索的目標(biāo)連接位置處布置穿心式千斤頂；將徑向拉索一端連接在內(nèi)環(huán)剛性構(gòu)件或內(nèi)環(huán)拉索上，另一端連接在工裝索上；工裝索的一端與徑向拉索相連，另一端穿過穿心式千斤頂；
步驟6進(jìn)入張拉模塊，進(jìn)行徑向拉索的張拉，具體按照下述步驟進(jìn)行
步驟6.1進(jìn)行徑向拉索的預(yù)張緊控制各穿心式千斤頂，對各工裝索進(jìn)行張拉，使第i根徑向拉索的內(nèi)力達(dá)到Ti/100，1≤i≤a，暫停張拉；
步驟6.2在完成步驟6.1后，以各徑向索與外壓環(huán)梁的連接索頭當(dāng)前所在位置到連接索頭的目標(biāo)位置之間的距離{δ}作為控制變量；
其中，δi為第i根徑向拉索與外壓環(huán)梁的連接索頭的當(dāng)前所在位置到其目標(biāo)位置之間的距離，1≤i≤a；
向張拉模塊輸入分級張拉方案
(1)整體張拉分j級完成，2≤j≤10；第1～(j-1)級張拉時(shí)對第i根工裝索的張拉量為δi/j，即每一級張拉均使第i根工裝索的長度縮短δi/j；第j級張拉時(shí)各工裝索均張拉相應(yīng)的張拉量以使各徑向索與外壓環(huán)梁的連接索頭均達(dá)到其設(shè)計(jì)位置；
(2)每一級張拉中對各工裝索的張拉方法為下列三種方法中的任意一種同時(shí)張拉，順序張拉或隔索張拉；所述同時(shí)張拉，為同時(shí)控制各工裝索索端的穿心式千斤頂，進(jìn)行張拉；所述順序張拉，為自某一根工裝索開始，繞屋蓋環(huán)向依次啟動(dòng)各穿心式千斤頂進(jìn)行張拉；所述隔索張拉，為自某一根工裝索開始，繞屋蓋環(huán)向跳過相鄰的工裝索，啟動(dòng)工裝索端的穿心式千斤頂對相應(yīng)位置的工裝索進(jìn)行張拉，所跳過的工裝索待完成一圈隔索張拉后再進(jìn)行張拉，直至所有的工裝索均完成一級張拉；
步驟6.3進(jìn)行第1級張拉，按照所輸入的施工方法對每一根工裝索均張拉δi/j；
步驟6.4進(jìn)行第2～(j-1)級張拉，重復(fù)步驟6.3；
步驟6.5進(jìn)行第j級張拉，按照所輸入的施工方法對每一根工裝索實(shí)施張拉，使各徑向拉索與外壓環(huán)梁的連接索頭達(dá)到其設(shè)計(jì)位置；停止張拉；
步驟6.6將連接索頭在其設(shè)計(jì)位置處固定在外壓環(huán)梁上，拆除工裝索，拆除張拉千斤頂；完成拉索的張拉。
全文摘要
一種用于輪輻式屋蓋結(jié)構(gòu)的施工張拉控制方法，屬于施工技術(shù)領(lǐng)域。采用定尺定長制作與整體張拉，是在一個(gè)由模擬分析模塊、定尺定長制作模塊、索長誤差測定模塊等組成的施工控制系統(tǒng)中按照特定步驟實(shí)現(xiàn)的首先在模擬分析模塊中獲得各構(gòu)件與拉索的下料尺寸，再在定尺定長制作模塊中進(jìn)行各構(gòu)件與拉索的下料加工；在索長誤差測定模塊中對索長誤差進(jìn)行控制；之后在拼裝模塊中依據(jù)下料尺寸按照一定的程序組裝屋蓋體系，設(shè)置千斤頂；在張拉模塊中，啟動(dòng)液壓千斤頂按照一定的順序?qū)较蚶鬟M(jìn)行張拉，待每根拉索的索頭達(dá)到目標(biāo)連接位置后停止張拉，便完成索系的張拉施工。按照這種方法張拉成型的屋蓋結(jié)構(gòu)，其索力與幾何位形均能夠精確滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。
文檔編號E04G7/14GK101775906SQ20101010060
公開日2010年7月14日 申請日期2010年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月22日
發(fā)明者郭彥林, 王小安, 田廣宇, 竇超, 王昆 申請人:清華大學(xué)