專利名稱：一種空間結(jié)構(gòu)整體模型試驗(yàn)索力自平衡加載控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種空間結(jié)構(gòu)整體模型試驗(yàn)索力自平衡加載控制方法，屬于結(jié)構(gòu)工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，新型空間結(jié)構(gòu)的工程建設(shè)項(xiàng)目在我國發(fā)展很快，但是其設(shè)計(jì)理論的研究工作嚴(yán) 重滯后，給其推廣與應(yīng)用帶來了一定的障礙。為此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師往往要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)的整體模
型試驗(yàn)，通過試驗(yàn)研究其失穩(wěn)與破壞機(jī)理、尋找薄弱部位、考察其剛度變化以及其極限承載 力，可檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，并為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供依據(jù)，為研究新的結(jié)構(gòu)形式與發(fā)展新的結(jié) 構(gòu)理論提供基礎(chǔ)。
人們?cè)诖_定整體結(jié)構(gòu)試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷谋壤龝r(shí)，為減小尺寸效應(yīng)的影響，會(huì)盡可能選擇大比例 試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀Ｔ谕ǔ５慕Y(jié)構(gòu)試驗(yàn)中， 一般可以采用"千斤頂+分配梁"的加載方法，對(duì)于體型不 大的結(jié)構(gòu)模型這種加載方法很有效。但是對(duì)于大型模型的破壞性試驗(yàn)，這種加載方法在實(shí)施 過程中遇到困難。首先，大型模型試驗(yàn)的加載反力通常較大，為保證加載設(shè)備的反力有可靠 的傳遞與依托，試驗(yàn)要求有巨大的反力架；其次，大型模型試驗(yàn)的加載點(diǎn)通常較多，所以需 要有大量加載設(shè)備，如油壓機(jī)、油泵及千斤頂；另外，大型模型本身體積較大，試驗(yàn)時(shí)需要 占用較大的試驗(yàn)場地， 一般試驗(yàn)室環(huán)境難以滿足這些要求，即使有條件進(jìn)行加載，對(duì)這些因 素的綜合考慮也往往使得試驗(yàn)成本大幅提高。
本發(fā)明提出一種空間結(jié)構(gòu)整體模型試驗(yàn)索力自平衡加載控制方法，適合于室內(nèi)與野外試 驗(yàn)的加載，可以克服在實(shí)驗(yàn)室或者野外進(jìn)行大型模型試驗(yàn)時(shí)需要加載設(shè)備數(shù)量多、另需建造 反力架、加載設(shè)備安裝困難以及成本高昂的缺點(diǎn)。該方法基于一個(gè)"底盤梁-拉索-模型"一 體化自平衡加載體系，在一個(gè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，在預(yù)先輸入的分級(jí)加載方案的基礎(chǔ)上，通 過控制拉索的縮短位移實(shí)現(xiàn)施加預(yù)定索力的目的。每一級(jí)加載均采用"位移加載一內(nèi)力微調(diào)" 的雙重控制技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)拉索縮短位移的控制與調(diào)整，使得索力能夠精確達(dá)到預(yù)定值，從 而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)分級(jí)加載荷載。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于， 一是所需要的加載設(shè)備簡單、適用性強(qiáng)， 特別適用于野外大型模型試驗(yàn)；二是可操作性強(qiáng)，可通過建立的"位移加載一內(nèi)力微調(diào)"的 計(jì)算機(jī)控制模塊，通過計(jì)算機(jī)控制技術(shù)便捷地實(shí)現(xiàn)分級(jí)加載荷載與對(duì)應(yīng)拉索位移的控制與調(diào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出的一種空間結(jié)構(gòu)整體模型試驗(yàn)索力自平衡加載控制方法，通過建立"底盤梁-拉索-模型" 一體化自平衡加載體系，解決了大跨度結(jié)構(gòu)整體模型加載困難的問題；通過計(jì)算 機(jī)控制技術(shù)對(duì)拉索實(shí)行"位移加載-內(nèi)力微調(diào)"的雙重控制，能夠精確方便地對(duì)試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?shí)現(xiàn) 預(yù)定的分級(jí)加載目標(biāo)。
一種空間結(jié)構(gòu)整體模型試驗(yàn)索力自平衡加載控制方法，其特征在于，所述方法基于一個(gè) 由試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀⒗?、底盤梁、拉索位移加載裝置與應(yīng)變片測力板組成的一體化自平衡加載體 系，是在一個(gè)由數(shù)據(jù)輸入模塊、加載模擬分析模塊、位移加載控制模塊、內(nèi)力微調(diào)控制模塊 組成的加載控制系統(tǒng)中，按照下述步驟實(shí)現(xiàn)的(其中，拉索位移加載裝置采用市售電動(dòng)葫蘆)
步驟(1):組建一體化自平衡加載體系，包括試驗(yàn)?zāi)Ｐ?、拉索、底盤梁、拉索位移加載 裝置以及應(yīng)變片測力板；底盤梁與試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷牡撞窟B接，形成一個(gè)整體；拉索兩端分別連接 試驗(yàn)?zāi)Ｐ团c底盤梁；
步驟(2):在計(jì)算機(jī)中設(shè)置四個(gè)模塊數(shù)據(jù)輸入模塊、加載模擬分析模塊、位移加載控 制模塊、內(nèi)力微調(diào)控制模塊；其中加載模擬分析模塊包含一個(gè)有限元分析軟件包； 步驟(3):數(shù)據(jù)輸入模塊接收用戶輸入的分級(jí)加載方案數(shù)據(jù)，包括
1) 試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛥?shù)；
2) 荷載分級(jí)的總級(jí)數(shù)m;
3) 拉索總數(shù)"；
4) 進(jìn)行第尺級(jí)加載時(shí)第/根拉索處需要施加的目標(biāo)荷載，即目標(biāo)索力F《/;其中， AT=l,2,...，w， ；'=1,2,..,，"；
5) 索力控制誤差e;
步驟(4):進(jìn)行第1級(jí)加載，按下述步驟進(jìn)行
步驟(4.1):數(shù)據(jù)輸入模塊將第1級(jí)加載方案傳送給加載模擬分析模塊，包括試驗(yàn)?zāi)?型參數(shù)，第1級(jí)加載時(shí)各拉索所需要施加的目標(biāo)荷載F^，索力控制誤差e;數(shù)據(jù)輸入模塊將 第1級(jí)加載方案傳遞給加載模擬分析模塊；
步驟(4.2):進(jìn)行加載模擬分析，按下述步驟進(jìn)行
步驟(4.2.1):加載模擬分析模塊接收數(shù)據(jù)輸入模塊傳遞的第1級(jí)加載方案，包括試驗(yàn) 模型參數(shù)，第1級(jí)加載時(shí)各拉索所需要施加的目標(biāo)荷載尸《/，索力控制誤差e;
步驟(4.2.2):加載模擬分析模塊調(diào)用有限元分析軟件包進(jìn)行有限元分析；首先加載模擬 分析模塊將第1級(jí)加載方案傳遞給有限元分析軟件包，包括試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛥?shù)，第1級(jí)加載時(shí) 各拉索所需要施加的目標(biāo)荷載步驟(4.2.3):有限元分析軟件包根據(jù)試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛥?shù)，建立起包含試驗(yàn)結(jié)構(gòu)模型、拉索、 底盤梁組件在內(nèi)的一體化有限元模型；
步驟(4.2.4):有限元分析軟件包將一體化有限元模型中的拉索單元去除，使拉索單元不 參與計(jì)算，在拉索與結(jié)構(gòu)模型、拉索與底盤梁連接處直接施加第1級(jí)目標(biāo)荷載F;/;有限元 分析軟件包通過求解，得到第1級(jí)目標(biāo)索力作用下對(duì)應(yīng)的拉索兩端縮短量^h/，并將其傳送 回加載模擬分析模塊；
步驟(4.2.5):加載模擬分析模塊接收有限元分析軟件包傳遞的數(shù)據(jù)4Ufl;加載模擬分 析模塊按下式計(jì)算出為了達(dá)到第1級(jí)目標(biāo)索力各拉索所需要的總縮短量其中五",代表 第/根拉索的截面抗拉剛度，丄,代表第/根拉索的長度，第1級(jí)加載時(shí)，《=1:
化0
步驟(4.2.6):加載模擬分析模塊按照下式計(jì)算為了達(dá)到第1級(jí)目標(biāo)索力各拉索所需要增 加的縮短量4Z)c，其中，第1級(jí)加載時(shí)，X=l， A^,產(chǎn)0:
瑪廣n
步驟(4.2.7):有限元分析軟件包將一體化有限元模型中的拉索單元恢復(fù)，使拉索單元參 與計(jì)算；有限元分析軟件包首先使各拉索單元均達(dá)到第1級(jí)目標(biāo)內(nèi)力水平，在此基礎(chǔ)上對(duì)第 "根拉索施加單位長度的張拉誤差；有限元分析軟件包通過計(jì)算，得到第6根索的分級(jí)目標(biāo) 索力所受影響量為&。；按照矩陣的形式排列&。，形成誤差影響矩陣有限元分析軟 件包將誤差影響矩陣^傳送回加載模擬分析模塊；
步驟(4.2.8):加載模擬分析模塊將部分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸給位移加載控制模塊，包括各拉索所 需要增加的縮短量4"^;
步驟(4.2.9):加載模擬分析模塊將部分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸給內(nèi)力微調(diào)控制模塊，包括第l級(jí)加 載的目標(biāo)索力F^，索力控制誤差e，誤差影響矩陣&;
步驟(4.3):進(jìn)行位移加載，按下述步驟進(jìn)行
步驟(4.3.1):位移加載控制模塊接收加載模擬分析模塊傳遞的數(shù)據(jù)，包括各拉索所需 要增加的縮短量^"U;
步驟(4.3.2):位移加載控制模塊控制拉索位移加載裝置，將各拉索兩端點(diǎn)間的長度縮短 碼,；
步驟(4.4):進(jìn)行內(nèi)力微調(diào)，按下述步驟進(jìn)行
步驟(4.4.1):內(nèi)力微調(diào)控制模塊接收加載模擬分析模塊傳遞的數(shù)據(jù)，包括第l級(jí)加載 的目標(biāo)索力A,/"、索力控制誤差e與誤差影響矩陣&;接收應(yīng)變片測力板傳遞的各根索的實(shí) 際索力A,/;內(nèi)力微調(diào)控制模塊通過下式計(jì)算，得到目標(biāo)索力與實(shí)際索力的誤差4尸,乂
7步驟(4.4.2):內(nèi)力微調(diào)控制模塊進(jìn)行如下判斷如果^尸1,,1/巧,/)|《6對(duì)每一個(gè)/均滿足， 第l級(jí)加載完成，進(jìn)入步驟(5);否則，按下式計(jì)算出為修正第l級(jí)目標(biāo)索力誤差，各拉索 長度所需要的變化量^4力
步驟(4.4.3):內(nèi)力微調(diào)控制模塊控制拉索位移加載裝置進(jìn)行第一次內(nèi)力微調(diào)，拉索位移
加載裝置按照4《,1對(duì)各拉索兩端點(diǎn)間的長度進(jìn)行調(diào)整；
步驟(4.4.4):完成步驟(4.4.3)后，內(nèi)力微調(diào)控制模塊接收應(yīng)變片測力板傳遞的各根索
的實(shí)際索力FU、內(nèi)力微調(diào)控制模塊通過計(jì)算得到目標(biāo)索力與實(shí)際索力的誤差^Fl卜^,/1 -K,,2;之后重復(fù)步驟(4.4.2) (4.4.4)，直至第/ 次微調(diào)內(nèi)力后，M^尸1/F^《e對(duì)每一 個(gè)/均滿足，進(jìn)入步驟(5);
步驟(5):重復(fù)步驟(4)，進(jìn)行第2級(jí)加載，之后多次重復(fù)，直至完成第w級(jí)加載。
本發(fā)明提出的空間結(jié)構(gòu)整體模型試驗(yàn)索力自平衡加載控制方法適應(yīng)性強(qiáng)，操作簡單，適 用于大型模型試驗(yàn)加載，且通過"位移加載一內(nèi)力微調(diào)"的雙重控制技術(shù)能夠精確的實(shí)現(xiàn)預(yù) 定的分級(jí)加載目標(biāo)。


圖1為試驗(yàn)?zāi)Ｐ团c加載裝置示意圖；l-試驗(yàn)?zāi)Ｐ停?-拉索；3-底盤梁；4-應(yīng)變片測力板； 5-拉索位移加載裝置；6-數(shù)據(jù)線；
圖2為各模塊關(guān)系圖3為各模塊工作流程詳具體實(shí)施例方式
一種空間結(jié)構(gòu)整體模型試驗(yàn)索力自平衡加載控制方法，基于一個(gè)由底盤梁、拉索與試驗(yàn) 模型組成的一體化自平衡加載體系，是在一個(gè)由數(shù)據(jù)輸入模塊、加載模擬分析模塊、位移加 載控制模塊、內(nèi)力微調(diào)控制模塊組成的加載控制系統(tǒng)中，按照特定步驟實(shí)現(xiàn)。其中，拉索位 移加載裝置采用市售電動(dòng)葫蘆。
下面結(jié)合附圖1 3具體說明這種空間結(jié)構(gòu)整體模型試驗(yàn)索力自平衡加載控制方法。 如圖1所示， 一體化自平衡加載體系由試驗(yàn)?zāi)Ｐ?、拉索2與底盤梁3與組成，并包含 能夠控制拉索縮短量的拉索位移加載裝置4、能夠測量拉索2內(nèi)力的應(yīng)變片測力板5。底盤梁 3與試驗(yàn)?zāi)Ｐ?的底部連接，形成一個(gè)整體；拉索2兩端分別連接底盤梁3與試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，通 過分級(jí)縮短拉索2兩端點(diǎn)間的長度，對(duì)試驗(yàn)?zāi)Ｐ?施加分級(jí)荷載，從而達(dá)到分級(jí)加載的目的。 如圖2所示，計(jì)算機(jī)加載控制系統(tǒng)由四個(gè)模塊構(gòu)成，包括數(shù)據(jù)輸入模塊、加載模擬分 析模塊、位移加載控制模塊、內(nèi)力微調(diào)控制模塊。其中，數(shù)據(jù)輸入模塊接收用戶輸入的分級(jí)加載方案，并將數(shù)據(jù)傳輸給加載模擬分析模塊；加載模擬分析模塊，接收數(shù)據(jù)輸入模塊傳遞
的分級(jí)加載方案，調(diào)用有限元分析軟件包建立包含試驗(yàn)結(jié)構(gòu)模型、拉索、底盤梁組件在內(nèi)的 一體化有限元模型，模擬分級(jí)分組加載過程，從而獲得達(dá)到分級(jí)目標(biāo)索力各拉索所需要的縮 短量，并得到位移加載誤差對(duì)索力的影響矩陣，并將數(shù)據(jù)傳輸給位移加載控制模塊與內(nèi)力微
調(diào)控制模塊；位移加載控制模塊，接收加載模擬分析模塊傳遞的各拉索兩端點(diǎn)間的長度縮短 量，控制拉索位移控制裝置按照目標(biāo)縮短量對(duì)各拉索進(jìn)行縮短；內(nèi)力微調(diào)控制模塊，接收加 載模擬分析模塊傳遞的各拉索的分級(jí)目標(biāo)內(nèi)力，接收測力板傳遞的各拉索的實(shí)際內(nèi)力，通過 對(duì)比得到拉索內(nèi)力誤差；若誤差超過容許度，計(jì)算出為修正該誤差各拉索兩端點(diǎn)間長度所需 要的調(diào)整量，進(jìn)而控制拉索位移加載裝置對(duì)各拉索的長度進(jìn)行微調(diào)。
下面結(jié)合附圖3具體說明所述空間結(jié)構(gòu)整體模型試驗(yàn)索力自平衡加載控制方法的工作流程。
步驟(1):組建一體化自平衡加載體系，包括試驗(yàn)?zāi)Ｐ?、拉索、底盤梁、拉索位移加載 裝置以及應(yīng)變片測力板。底盤梁與試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷牡撞窟B接，形成一個(gè)整體；拉索兩端分別連接 試驗(yàn)?zāi)Ｐ团c底盤梁；
步驟(2):在計(jì)算機(jī)中設(shè)置四個(gè)模塊數(shù)據(jù)輸入模塊、加載模擬分析模塊、位移加載控 制模塊、內(nèi)力微調(diào)控制模塊；其中加載模擬分析模塊包含一個(gè)有限元分析軟件包； 步驟(3):數(shù)據(jù)輸入模塊接收用戶輸入的分級(jí)加載方案數(shù)據(jù)，包括
1) 試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛥?shù)；
2) 荷載分級(jí)的總級(jí)數(shù)m;
3) 拉索總數(shù)W;
4) 進(jìn)行第尺級(jí)加載時(shí)第/根拉索處需要施加的目標(biāo)荷載，即目標(biāo)索力尸《/;其中， AM,2,…,附，/=1,2,..,，"；
5) 索力控制誤差e;
步驟(4):進(jìn)行第1級(jí)加載，按下述步驟進(jìn)行
步驟(4.1):數(shù)據(jù)輸入模塊將第1級(jí)加載方案傳送給加載模擬分析模塊，包括試驗(yàn)?zāi)?型參數(shù)，第1級(jí)加載時(shí)各拉索所需要施加的目標(biāo)荷載^/，索力控制誤差e;數(shù)據(jù)輸入模塊將 第1級(jí)加載方案傳遞給加載模擬分析模塊；
步驟(4.2):進(jìn)行加載模擬分析，按下述步驟進(jìn)行
步驟(4.2.1):加載模擬分析模塊接收數(shù)據(jù)輸入模塊傳遞的第1級(jí)加載方案，包括試驗(yàn) 模型參數(shù)，第l級(jí)加載時(shí)各拉索所需要施加的目標(biāo)荷載i^,/1，索力控制誤差e;
步驟(4.2.2):加載模擬分析模塊調(diào)用有限元分析軟件包進(jìn)行有限元分析；首先加載模擬 分析模塊將第1級(jí)加載方案傳遞給有限元分析軟件包，包括試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛥?shù)，第1級(jí)加載時(shí)各拉索所需要施加的目標(biāo)荷載F^;
步驟(4.2.3):有限元分析軟件包根據(jù)試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛥?shù)，建立起包含試驗(yàn)結(jié)構(gòu)模型、拉索、 底盤梁組件在內(nèi)的一體化有限元模型；
步驟(4.2.4):有限元分析軟件包將一體化有限元模型中的拉索單元去除，使拉索單元不 參與計(jì)算，在拉索與結(jié)構(gòu)模型、拉索與底盤梁連接處直接施加第1級(jí)目標(biāo)荷載/^/;有限元 分析軟件包通過求解，得到第1級(jí)目標(biāo)索力作用下對(duì)應(yīng)的拉索兩端縮短量4^，并將其傳送
回加載模擬分析模塊；
步驟(4.2.5):加載模擬分析模塊接收有限元分析軟件包傳遞的數(shù)據(jù)^h/;加載模擬分 析模塊按下式計(jì)算出為了達(dá)到第1級(jí)目標(biāo)索力各拉索所需要的總縮短量Au，其中￡^代表
第/根拉索的截面抗拉剛度，丄,代表第/根拉索的長度，第1級(jí)加載時(shí)，K=h
步驟(4.2.6):加載模擬分析模塊按照下式計(jì)算為了達(dá)到第1級(jí)目標(biāo)索力各拉索所需要增 加的縮短量^A^，其中，第1級(jí)加載時(shí)，《=1， A^,產(chǎn)0:
步驟(4.2.7):有限元分析軟件包將一體化有限元模型中的拉索單元恢復(fù)，使拉索單元參 與計(jì)算；有限元分析軟件包首先使各拉索單元均達(dá)到第1級(jí)目標(biāo)內(nèi)力水平，在此基礎(chǔ)上對(duì)第 "根拉索施加單位長度的張拉誤差；有限元分析軟件包通過計(jì)算，得到第6根索的分級(jí)目標(biāo) 索力所受影響量為&。，并將其傳送回加載模擬分析模塊；加載模擬分析模塊按照矩陣的形式 排列^，形成誤差影響矩陣
步驟(4.2.8):加載模擬分析模塊將部分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸給位移加載控制模塊，包括各拉索所 需要增加的縮短量」A^;
步驟(4.2.9):加載模擬分析模塊將部分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸給內(nèi)力微調(diào)控制模塊，包括第l級(jí)加 載的目標(biāo)索力FU 索力控制誤差e，誤差影響矩陣&;
步驟(4.3):進(jìn)行位移加載，按下述步驟進(jìn)行
步驟(4.3.1):位移加載控制模塊接收加載模擬分析模塊傳遞的數(shù)據(jù)，包括各拉索所需 要增加的縮短量4Z)U;
步驟(4.3.2):位移加載控制模塊控制拉索位移加載裝置，將各拉索兩端點(diǎn)間的長度縮短
步驟(4.4):進(jìn)行內(nèi)力微調(diào)，按下述步驟進(jìn)行
步驟(4.4.1):內(nèi)力微調(diào)控制模塊接收加載模擬分析模塊傳遞的數(shù)據(jù)，包括第l級(jí)加載 的目標(biāo)索力&,/5、索力控制誤差e與誤差影響矩陣&;接收應(yīng)變片測力板傳遞的各根索的實(shí) 際索力Fu、內(nèi)力微調(diào)控制模塊通過下式計(jì)算，得到目標(biāo)索力與實(shí)際索力的誤差^Fu、
10<formula>formula see original document page 11</formula>
步驟(4.4.2):內(nèi)力微調(diào)控制模塊進(jìn)行如下判斷如果M/V/尸Jl《e對(duì)每一個(gè)/均滿足,
第l級(jí)加載完成，進(jìn)入步驟(5);否則，按下式計(jì)算出為修正第l級(jí)目標(biāo)索力誤差，各拉索 長度所需要的變化量4《/:
<formula>formula see original document page 11</formula>
步驟(4.4.3):內(nèi)力微調(diào)控制模塊控制拉索位移加載裝置進(jìn)行第一次內(nèi)力微調(diào)，拉索位移 加載裝置按照4《/對(duì)各拉索兩端點(diǎn)間的長度進(jìn)行調(diào)整；
步驟(4.4.4):完成步驟(4.4.3)后，內(nèi)力微調(diào)控制模塊接收應(yīng)變片測力板傳遞的各根索 的實(shí)際索力^/;內(nèi)力微調(diào)控制模塊通過計(jì)算得到目標(biāo)索力與實(shí)際索力的誤差^Fu、A/ -Fu2;之后重復(fù)步驟(4.4.2) (4.4.4)，直至第p次微調(diào)內(nèi)力后，| z!Fl廣1/Fu°|《e對(duì)每一 個(gè)/均滿足，進(jìn)入步驟(5)。
步驟(5):重復(fù)步驟(4)，進(jìn)行第2級(jí)加載，之后多次重復(fù)，直至完成第柳級(jí)加載。
權(quán)利要求
1、一種空間結(jié)構(gòu)整體模型試驗(yàn)索力自平衡加載控制方法，其特征在于，所述方法基于一個(gè)由試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀⒗髋c底盤梁組成的一體化自平衡加載體系，是在一個(gè)由數(shù)據(jù)輸入模塊、加載模擬分析模塊、位移加載控制模塊、內(nèi)力微調(diào)控制模塊組成的加載控制系統(tǒng)中，按照下述步驟實(shí)現(xiàn)的步驟(1)組建一體化自平衡加載體系，包括試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀⒗?、底盤梁、拉索位移加載裝置以及應(yīng)變片測力板；底盤梁與試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷牡撞窟B接，形成一個(gè)整體；拉索兩端分別連接試驗(yàn)?zāi)Ｐ团c底盤梁；步驟(2)在計(jì)算機(jī)中設(shè)置四個(gè)模塊數(shù)據(jù)輸入模塊、加載模擬分析模塊、位移加載控制模塊、內(nèi)力微調(diào)控制模塊；其中加載模擬分析模塊包含一個(gè)有限元分析軟件包；步驟(3)數(shù)據(jù)輸入模塊接收用戶輸入的分級(jí)加載方案數(shù)據(jù)，包括1)試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛥?shù)；2)荷載分級(jí)的總級(jí)數(shù)m；3)拉索總數(shù)n；4)進(jìn)行第K級(jí)加載時(shí)第i根拉索處需要施加的目標(biāo)荷載，即目標(biāo)索力FK，i0；其中，K＝1，2，...，m，i＝1，2，...，n；5)索力控制誤差e；步驟(4)進(jìn)行第1級(jí)加載，按下述步驟進(jìn)行步驟(4.1)數(shù)據(jù)輸入模塊將第1級(jí)加載方案傳送給加載模擬分析模塊，包括試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛥?shù)，第1級(jí)加載時(shí)各拉索所需要施加的目標(biāo)荷載F1，i0，索力控制誤差e；數(shù)據(jù)輸入模塊將第1級(jí)加載方案傳遞給加載模擬分析模塊；步驟(4.2)進(jìn)行加載模擬分析，按下述步驟進(jìn)行步驟(4.2.1)加載模擬分析模塊接收數(shù)據(jù)輸入模塊傳遞的第1級(jí)加載方案，包括試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛥?shù)，第1級(jí)加載時(shí)各拉索所需要施加的目標(biāo)荷載FK，i0，索力控制誤差e；步驟(4.2.2)加載模擬分析模塊調(diào)用有限元分析軟件包進(jìn)行有限元分析；首先加載模擬分析模塊將第1級(jí)加載方案傳遞給有限元分析軟件包，包括試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛥?shù)，第1級(jí)加載時(shí)各拉索所需要施加的目標(biāo)荷載F1，i0；步驟(4.2.3)有限元分析軟件包根據(jù)試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛥?shù)，建立起包含試驗(yàn)結(jié)構(gòu)模型、拉索、底盤梁組件在內(nèi)的一體化有限元模型；步驟(4.2.4)有限元分析軟件包將一體化有限元模型中的拉索單元去除，使拉索單元不參與計(jì)算，在拉索與結(jié)構(gòu)模型、拉索與底盤梁連接處直接施加第1級(jí)目標(biāo)荷載F1，i0；有限元分析軟件包通過求解，得到第1級(jí)目標(biāo)索力作用下對(duì)應(yīng)的拉索兩端縮短量Δ1，i0，并將其傳送回加載模擬分析模塊；步驟(4.2.5)加載模擬分析模塊接收有限元分析軟件包傳遞的數(shù)據(jù)Δ1，i0；加載模擬分析模塊按下式計(jì)算出為了達(dá)到第1級(jí)目標(biāo)索力各拉索所需要的總縮短量DK，i，其中EiAi代表第i根拉索的截面抗拉剛度，Li代表第i根拉索的長度，第1級(jí)加載時(shí)，K＝1DK，i＝FK，i0Li/(EiAi)+ΔK，i0步驟(4.2.6)加載模擬分析模塊按照下式計(jì)算為了達(dá)到第1級(jí)目標(biāo)索力各拉索所需要增加的縮短量ΔDK，i，其中，第1級(jí)加載時(shí)，K＝1，DK-1，i＝0ΔDK，i＝DK，i-DK-1，i步驟(4.2.7)有限元分析軟件包將一體化有限元模型中的拉索單元恢復(fù)，使拉索單元參與計(jì)算；有限元分析軟件包首先使各拉索單元均達(dá)到第1級(jí)目標(biāo)內(nèi)力水平，在此基礎(chǔ)上對(duì)第a根拉索施加單位長度的張拉誤差；有限元分析軟件包通過計(jì)算，得到第b根索的分級(jí)目標(biāo)索力所受影響量為kba；按照矩陣的形式排列kba，形成誤差影響矩陣Ke＝[kba]；有限元分析軟件包將誤差影響矩陣Ke傳送回加載模擬分析模塊；步驟(4.2.8)加載模擬分析模塊將部分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸給位移加載控制模塊，包括各拉索所需要增加的縮短量ΔDK，i；步驟(4.2.9)加載模擬分析模塊將部分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸給內(nèi)力微調(diào)控制模塊，包括第1級(jí)加載的目標(biāo)索力F1，i0，索力控制誤差e，誤差影響矩陣Ke；步驟(4.3)進(jìn)行位移加載，按下述步驟進(jìn)行步驟(4.3.1)位移加載控制模塊接收加載模擬分析模塊傳遞的數(shù)據(jù)，包括各拉索所需要增加的縮短量ΔD1，i；步驟(4.3.2)位移加載控制模塊控制拉索位移加載裝置，將各拉索兩端點(diǎn)間的長度縮短ΔD1，i；步驟(4.4)進(jìn)行內(nèi)力微調(diào)，按下述步驟進(jìn)行步驟(4.4.1)內(nèi)力微調(diào)控制模塊接收加載模擬分析模塊傳遞的數(shù)據(jù)，包括第1級(jí)加載的目標(biāo)索力F1，i0、索力控制誤差e與誤差影響矩陣Ke；接收應(yīng)變片測力板傳遞的各根索的實(shí)際索力F1，i1；內(nèi)力微調(diào)控制模塊通過下式計(jì)算，得到目標(biāo)索力與實(shí)際索力的誤差ΔF1，i1ΔF1，i1＝F1，i0-F1，i1；步驟(4.4.2)內(nèi)力微調(diào)控制模塊進(jìn)行如下判斷如果|ΔF1，i1/F1，i0|≤e對(duì)每一個(gè)i均滿足，第1級(jí)加載完成，進(jìn)入步驟(5)；否則，按下式計(jì)算出為修正第1級(jí)目標(biāo)索力誤差，各拉索長度所需要的變化量Δde，i1[Ke]{Δde，i1}＝{ΔF1，i1}步驟(4.4.3)內(nèi)力微調(diào)控制模塊控制拉索位移加載裝置進(jìn)行第一次內(nèi)力微調(diào)，拉索位移加載裝置按照Δde，i1對(duì)各拉索兩端點(diǎn)間的長度進(jìn)行調(diào)整；步驟(4.4.4)完成步驟(4.4.3)后，內(nèi)力微調(diào)控制模塊接收應(yīng)變片測力板傳遞的各根索的實(shí)際索力F1，i2；內(nèi)力微調(diào)控制模塊通過計(jì)算得到目標(biāo)索力與實(shí)際索力的誤差ΔF1，i2＝F1，i0-F1，i2；之后重復(fù)步驟(4.4.2)～(4.4.4)，直至第p次微調(diào)內(nèi)力后，|ΔF1，ip+1/F1，i0|≤e對(duì)每一個(gè)i均滿足，進(jìn)入步驟(5)；步驟(5)重復(fù)步驟(4)，進(jìn)行第2級(jí)加載，之后多次重復(fù)，直至完成第m級(jí)加載。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種空間結(jié)構(gòu)整體模型試驗(yàn)索力自平衡加載控制方法，屬于結(jié)構(gòu)工程技術(shù)領(lǐng)域。所述方法是基于一個(gè)由試驗(yàn)?zāi)Ｐ?、拉索、底盤梁、拉索位移加載裝置與應(yīng)變片測力板組成的一體化自平衡加載體系，是在一個(gè)由數(shù)據(jù)輸入模塊、加載模擬分析模塊、位移加載控制模塊、內(nèi)力微調(diào)控制模塊組成的加載控制系統(tǒng)中按照特定的步驟實(shí)現(xiàn)的。該方法適應(yīng)性強(qiáng)，操作簡單，適用于大型模型試驗(yàn)加載，且通過“位移加載—內(nèi)力微調(diào)”的雙重控制技術(shù)能夠精確的實(shí)現(xiàn)預(yù)定的分級(jí)加載目標(biāo)。
文檔編號(hào)G01M99/00GK101576444SQ200910087768
公開日2009年11月11日 申請(qǐng)日期2009年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月26日
發(fā)明者王小安, 超 竇, 郭彥林 申請(qǐng)人:清華大學(xué)