基于构件原始状态的空间缆索结构施工控制方法与流程

本发明涉及一种基于构件原始状态的空间缆索结构施工控制方法。

背景技术：

近年来空间缆索结构因为其轻巧、美观且跨度大，在国内逐渐增多。但索结构只有在索张拉之后才具有刚度，张拉过程中将对临近结构(构件)的位置、受力产生影响。因此，空间缆索结构在施工过程中需经过累计张拉或多次体系转换才能成型，并且一些控制点的位置不断变化，是否能达到设计的位形和受力状态，需要经过多次反复计算和调整。

现有的针对空间缆索结构施工控制技术是，施工前，根据设计图纸，利用倒推法或迭代法反复试算确定空间缆索结构的初始安装位置，索力初始张拉力。施工过程中，测量结构位置变化及索力变化，与计算结果进行比较，并根据测试结果，重新调整计算模型，经过反复迭代，逐渐逼近设计理想状态。过程经过多次反复计算和测试，由于可能存在各种误差，往往最近结果并不理想(不能很好地达到设计理想状态)。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于构件原始状态的空间缆索结构施工控制方法。

为解决上述问题，本发明提供一种基于构件原始状态的空间缆索结构施工控制方法，包括：

根据空间缆索结构的设计图纸，确定空间缆索结构的主要受力构件的原始尺寸；

根据空间缆索结构的施工方案，确定主要受力构件的初始安装位置；

基于所述主要受力构件的原始尺寸和初始安装位置对空间缆索结构进行施工，在施工过程中对主要受力构件的受力状态进行监测。

进一步的，在上述方法中，根据空间缆索结构的设计图纸，确定空间缆索结构的主要受力构件的原始尺寸，包括：

根据空间缆索结构的设计图纸中提供空间缆索结构的最终结构位形及空间缆索结构的主要受力构件的受力，计算出空间缆索结构的主要受力构件的原始尺寸。

进一步的，在上述方法中，根据空间缆索结构的施工方案，确定主要受力构件的初始安装位置，包括：

建立空间缆索结构的理论基准有限元模型，基于理论基准有限元模型并按照施工方案确定的过程顺序，反算出主要受力构件的初始安装位置。

进一步的，在上述方法中，根据空间缆索结构的施工方案，确定主要受力构件的初始安装位置，包括：

根据空间缆索结构的成形最终状态，反算出主要受力构件的初始位置。

进一步的，在上述方法中，基于所述主要受力构件的原始尺寸和初始安装位置对空间缆索结构进行施工，在施工过程中对主要受力构件的受力状态进行监测，包括：

采用有限元建模得到理论基准有限元模型，通过理论基准有限元模型所述对空间缆索结构的施工全过程中的不同工况进行模拟，得到不同工况下的主要受力构件对应的变形计算值和受力计算值。

进一步的，在上述方法中，得到不同工况下的主要受力构件对应的变形计算值和受力计算值之后，还包括：

基于主要受力构件的受力计算值，判断主要受力构件是否在该主要受力构件的弹性范围内，

如果有些主要受力构件超出自己的弹性范围，采取对主要受力构件进行局部加固、索力分次张拉、体系转换顺序调整的手段。

进一步的，在上述方法中，得到不同工况下的主要受力构件对应的变形计算值和受力计算值之后，还包括：

选取施工前基于理论基准有限元模型计算得到的受力计算值较大、变形计算值较大以及受力计算值变化幅度较大的主要受力构件作为控制点，在各个控制点布置监测点；

施工开始后，对所述监测点的变形监测值和受力监测值开展监测，得到当前工况下的主要受力构件的变形监测值和受力监测值。

进一步的，在上述方法中，得到当前工况下的主要受力构件的变形监测值和受力监测值之后，还包括：

将当前工况下的主要受力构件的变形监测值和受力监测值与相同工况下的变形计算值和受力计算值分别进行对比，当变形监测值与变形计算值较吻合，且当受力监测值与受力计算值也较吻合时，按施工方案持续施工。

进一步的，在上述方法中，得到当前工况下的主要受力构件的变形监测值和受力监测值之后，还包括：

当变形监测值与变形计算值较吻合出现较大偏差时，或当当受力监测值与受力计算值出现较大偏差时，暂停施工。

与现有技术相比，本发明主要包括以下几个部分：第一部分确定主要受力构件的原始尺寸；第二部分确定主要受力构件的初始位置；第三部分，基于原始尺寸和初始位置，并通过有限元计算、现场监测以确保结构在施工过程中的安全。本发明专利主要针对空间缆索结构的施工控制。构件的原始长度一旦确定，成形状态就不随着施工过程的位形、受力变化而变化；主要受力构件(如索塔、主梁、主受力桁架等)初始位置确定后，就决定了整个结构的位形在施工过程中无论怎么变化，最终将达到设计的理想状态。本发明正是基于这一思路出发，提出一种新型、简单、高效的空间缆索结构施工控制解决方案。

本发明基于空间缆索结构的构件(包括索结构)的原始状态在整个施工过程不会发生变化的特征，提出一种化繁为简的施工控制技术方法，解决空间缆索结构施工过程中需反复迭代计算、测试、调整(索力多次张拉等)的技术难题，并保证施工过程安全和精度。本发明专利化繁为简，抓住施工控制的关键，思路清晰而明确，控制方便，并且可保证施工控制效果和精度。

附图说明

图1是本发明一实施例的基于构件原始状态的空间缆索结构施工控制方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供一种基于构件原始状态的空间缆索结构施工控制方法，包括：

步骤s1，根据空间缆索结构的设计图纸，确定空间缆索结构的主要受力构件的原始尺寸；

在此，可以根据空间缆索结构的设计图纸中提供空间缆索结构的最终结构位形及空间缆索结构的主要受力构件的受力，计算出空间缆索结构的主要受力构件的原始尺寸，如：根据设计图纸某根索索长l，索材料弹性模量e，索力t，温度为t0℃，索的线温度膨胀系数为α，则可以换算成温度为t1℃时，索力t＝0时，面积a0，

索长

柱、塔、梁的换算类似。

针对其他主要受力构件，如设计图纸中未提供主要受力构件的受力的情况，可以建立空间缆索结构的理论基准有限元模型，基于所述理论基准有限元模型得到空间缆索结构最终成形状态下的构件受力，以空间缆索结构最终成形状态下的构件受力作为主要受力构件的原始尺寸如构件长度的换算依据。

构件的原始尺寸计算出之后，可以作为构件加工的依据。

步骤s2，根据空间缆索结构的施工方案，确定主要受力构件的初始安装位置；

在此，主要受力构件的原始尺寸确定后，由于空间缆索结构的最终的位形与主要受力构件的初始位置有关，不同的施工方案初始位置不同，最终的结构位形也不同。因此，需要根据施工方案确定主要受力构件的初始安装位置。可以采用两种方法：

第一种方法，建立空间缆索结构的理论基准有限元模型，基于理论基准有限元模型并按照施工方案确定的过程顺序，反算出主要受力构件的初始安装位置；

第二种方法，根据空间缆索结构的成形最终状态，反算出主要受力构件的初始位置。如，索塔的初始位置，可以根据其竣工时的成形状态(位形和构件主要受力)将其独立出来，去掉有关荷载后的位置即其初始位置。

步骤s3，基于所述主要受力构件的原始尺寸和初始安装位置对空间缆索结构进行施工，在施工过程中对主要受力构件的受力状态进行监测。

在此，由于空间缆索结构的施工过程经过多次体系转换，受力极其复杂，一些主要受力构件的受力状态可能较竣工时的完成态更大。因此，为安全起见，必须保证构件施工过程主要受力构件的受力不超限(在弹性状态)。

具体的，可以基于所述主要受力构件的原始尺寸和初始安装位置，并采用有限元建模得到理论基准有限元模型，通过理论基准有限元模型所述对空间缆索结构的施工全过程中的不同工况进行模拟，得到不同工况下的主要受力构件对应的变形计算值和受力计算值；基于主要受力构件的受力计算值，可以判断主要受力构件是否在该主要受力构件的弹性范围内，如果所有主要受力构件都在各自的弹性范围内(构件的弹性范围由构件材料的自身属性决定)(哪怕有些主要受力构件的受力超过竣工时的完成态)，则整个施工过程是安全的；如果有些主要受力构件超出自己的弹性范围，可以采取对主要受力构件进行局部加固、索力分次张拉、体系转换顺序调整等手段予以避免。

后续，还可以选取施工前基于理论基准有限元模型计算得到的受力计算值较大、变形计算值较大以及受力计算值变化幅度较大的主要受力构件作为控制点，在各个控制点布置监测点，并采用自动化监测设备对各个工况下的各个控制点的变形、受力进行监测，以所述理论基准有限元模型在各个工况下的主要受力构件对应的变形计算值和受力计算值作为对比数据，施工开始后，对所述监测点的变形监测值和受力监测值开展监测，得到当前工况下的主要受力构件的变形监测值和受力监测值；将当前工况下的主要受力构件的变形监测值和受力监测值与相同工况下的变形计算值和受力计算值分别进行对比，当变形监测值与变形计算值较吻合，且当受力监测值与受力计算值也较吻合时，按施工方案持续施工；当变形监测值与变形计算值较吻合出现较大偏差时，或当当受力监测值与受力计算值出现较大偏差时，暂停施工，分析原因并采取相应的设计或施工措施，以确保后续施工过程中结构的安全。

综上所述，本发明主要包括以下几个部分：第一部分确定主要受力构件的原始尺寸；第二部分确定主要受力构件的初始位置；第三部分，基于原始尺寸和初始位置，并通过有限元计算、现场监测以确保结构在施工过程中的安全。

本发明专利主要针对空间缆索结构的施工控制。在某一环境温度条件下构件的原始尺寸一旦确定，就不随着施工过程的变形、受力变化而变化；主要受力构件(如索夹、索塔、主梁、主受力桁架等)初始位置确定后，就决定了整个结构的空间形态在施工过程中无论怎么变化，只要不超过构件材料的弹性范围最终都将达到设计的理想状态。本发明简单、高效。

本发明基于空间缆索结构的构件(包括索结构)的原始状态在整个施工过程不会发生变化的特征，提出一种化繁为简的施工控制技术方法，解决空间缆索结构施工过程中需反复迭代计算、测试、调整(索力多次张拉等)的技术难题，并保证施工过程安全和精度。本发明专利化繁为简，抓住施工控制的关键，思路清晰而明确，控制方便，并且可保证施工控制效果和精度。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。