专利名称：一种大跨度屋盖拆撑施工一体化控制方法
技术领域：
本发明涉及一种大跨度屋盖拆撑施工一体化控制方法，属于结构工程领域。
背景技术：
在传统的钢结构屋盖施工方法中， 一般采用临时胎架支承的施工方法，通过单元吊装、 高空就位焊接或栓接的连接方法实现其安装。在屋盖安装结束后，需要拆除临时胎架支承构 件。屋盖处于支承状态时的受力状况，与其处于设计成型状态的受力状况是有显著差异的， 所以在拆除临时胎架支承构件的过程中，需要实现屋盖结构由临时支承状态到设计状态的平 稳过渡，而且必须保证整个屋盖结构处于弹性受力状态。
目前屋盖施工的拆撑技术， 一般步骤是按照预先设定的拆撑分级数、支承下沉量与拆撑 顺序，手动控制各个临时支承点的下降位移。该方法存在比较大的缺点，由于人工控制的精 度范围有限，在拆撑过程中，不能确保卸载位移的同步性与准确性，实施过程可控性差，且 容易出现人为错误造成的误差；另外，拆撑过程中， 一般仅根据工程经验判断屋盖结构的安 全性，无法实现对屋盖结构的实时跟踪计算，对屋盖结构拆撑过程中出现的内力与变形发展 不能及时了解，不能对结构可能出现的危险状况进行及时的警报，这样使得屋盖结构在拆撑 过程中容易产生安全隐患，严重时可能造成重大安全事故。
本发明提出了一种大跨度屋盖拆撑施工一体化的控制方法，可克服目前屋盖施工拆撑技 术的缺点。该方法基于一个计算机控制系统，在预先输入的分级拆撑方案的基础上，依据各 个临时支承点反馈的位移实际下沉值，通过计算机控制技术可以实现各个临时支承点下沉位 移的自动控制与调整，从而使得下降位移的同步性与准确性得到保证；同时该控制系统可以 依据各临时支承点的当前位置，实时跟踪计算屋盖结构的内力与变形，进而判断结构的强度、 稳定性是否满足设计要求，判断结构的变形状况是否合理并与设计方案一致。如果当前状态 下结构不满足强度与稳定性要求，或者变形状况出现异常，该控制系统可以及时发出警报， 并提供反馈信息，并在下一轮卸载时调整下沉量；当屋盖结构受力与变形非常不利时，可暂 停结构拆撑，从而确保结构在拆撑过程中的安全。
发明内容
本发明提出的一种大跨度屋盖拆撑施工一体化控制方法，可以实现屋盖拆撑过程的自动化控制，提高工作效率，并能够实时监控屋盖结构的内力与变形，及时调整拆撑方案，保证 屋盖结构在拆撑过程中的安全。
一种大跨度屋盖拆撑施工一体化控制方法，其特征在于，所述方法是在一个由数据输入 模块、临时支承点下沉位移控制与调整模块、屋盖结构内力与变形分析模块、屋盖结构内力 与变形控制模块组成的控制系统中按照下述步骤实现的，所述控制系统中包含一个能够测量 各临时支承点位置的临时支承点位置测量装置，安放于各临时支承点处
步骤(1):在计算机中设置如下四个模块-
5) 数据输入模块；
6) 临时支承点下沉位移控制与调整模块；
7) 屋盖结构内力与变形分析模块；
8) 屋盖结构内力与变形控制模块；
步骤(2):用户向数据输入模块输入屋盖结构分级拆撑方案，输入数据包括
8) 屋盖结构参数；
9) 临时拆撑点的个数m与布置；
10) 分级拆撑的总级数
11) 第y'个临时拆撑点的第Z级目标下沉位移A;其中，/=1,2,..."，代表分级拆撑的级数； _/=l,2，...,m,代表临时拆撑点编号；
12) 位移同步性与目标位置控制误差e;
13) 拆撑过程中为控制同步性对各临时拆撑点下沉位置进行采样的时间间隔Af1;
14) 拆撑过程中为进行屋盖结构安全校核对各临时拆撑点下沉位置进行采样的时间间隔
△ 6;
数据输入模块将部分数据传输给临时支承点下沉位移控制与调整模块，包括附，4， e， 采样间隔A^;
数据输入模块将部分数据传输给屋盖结构内力与变形分析模块，包括屋盖结构参数，采
样间隔A/2;
步骤(3):进行第l级拆撑，按下述步骤进行-
步骤(3.1):临时支承点下沉位移控制与调整模块接收数据输入模块进行第1级拆撑方案 的数据输入，包括临时拆撑点的个数m与布置，各临时拆撑点的第1级目标下沉位移《户 目标位置控制误差e，采样间隔A^;
步骤(3.2):临时支承点下沉位移控制与调整模块，以第l级目标下沉位移&y，为目标， 对各临时点的位置同步实施下沉；
步骤(3.3):在进行步骤(3.2)的同时，进行各拆撑点同步性控制与调整，按下述步骤进
6行
步骤(3.3.1):在开始进行步骤(3.3)的同时，临时支承点下沉位移控制与调整模块向临 时支撑点位置测量装置输入数据，包括采样时间间隔AO;
步骤(3.3.2):每隔A"临时支承点位置测量装置向临时支承点下沉位移控制与调整模块 反馈一次数据，即第1级拆撑中各临时支撑点的实时下沉位移A/;
步骤(3.3.3):临时支承点下沉位移控制与调整模块计算^广A/A^，以第一个提升点为参
照，计算A ^卢n;如果IA /^i、，临时支承点下沉位移控制与调整模块以
Xc^为修正位移量，在各临时支撑点下沉的同时，进行临时支撑点下沉量的微调，以保证各
临时支撑点在拆撑过程的下沉同步性；
步骤(3.4):在进行步骤(3.2)的同时，进行屋盖结构的安全校核，按如下步骤进行 步骤(3.4.1):屋盖结构内力与变形分析模块接收数据输入模块传递的数据，包括屋盖
结构参数，采样间隔A^;
步骤(3.4.2):在开始进行步骤(3.3)的同时，临时支撑点位置测量装置接收屋盖结构内
力与变形分析模块传递的数据，包括采样间隔A/2;
步骤(3.4.3):每隔A/2，临时支承点位置测量装置向屋盖结构内力与变形分析模块反馈一 次数据，即各临时支承点的空间位置；
步骤(3.4.4):屋盖结构内力与变形分析模块将数据传送给有限元分析软件包，包括屋 盖结构参数，各临时支承点的空间位置；
步骤(3.4.5):有限元分析软件包根据各个临时支撑点所在的位置、屋盖结构参数，确定 屋盖结构的有限元计算模型，包括屋盖结构、临时支撑胎架、地基，确定荷载工况以及边界 约束；有限元分析软件包通过计算，得到屋盖结构内力与变形状态，并将结果传送回屋盖结 构内力与变形分析模块；屋盖结构内力与变形分析模块将计算结果传送给屋盖结构内力与变 形控制模块；
步骤(3.4.6):屋盖结构内力与变形控制模块接收屋盖结构内力与变形控制模块传递的计
算结果；屋盖结构内力与变形控制模块进行如下判断屋盖结构内力与变形控制模块依据屋 盖结构内力与变形分析模块传递的结构内力分布结果判断结构是否在弹性范围内，并检验结
构强度与稳定性；屋盖结构内力与变形控制模块依据变形状态，判断屋盖结构变形是否正常 合理；如果结构强度、稳定性以及变形情况均满足要求，各支承点的下沉继续进行；如果结 构强度、稳定性或者变形情况出现异常，该模块会及时发出警报，情况危险时暂停结构的拆 撑，待重新制定方案后继续进行；
步骤(3.5):待步骤(3.2)完成时，即各支承点以《,为目标下沉量完成同步下沉后，由 支承点位置测量装置获得各临时支承点的位置，将其反馈给临时支承点下沉位移控制与调整模块；
步骤(3.6):临时支承点下沉位移控制与调整模块接收支承点位置测量装置传递的数据， 包括第l级拆撑中各临时支承点的实际下沉量《/";临时支承点下沉位移控制与调整模块 通过对比各临时支承点的实际下沉位移值4(1)与目标下沉量A，计算出下沉量误差
步骤(3.7):临时支承点下沉位移控制与调整模块进行如下判断如果IA《/0 A^l《e对
每一个J'均满足，进入步骤(4);否则，临时支承点下沉位移控制与调整模块以Ac/yW为依据
对各临时支承点位置进行微调；与此同时，重复步骤(3.4)，进行拆撑结构的内力与变形校 核；
步骤(3.8):待支撑点位置完成第一次微调后，临时支承点下沉位移控制与调整模块接收 支承点位置测量装置传递的数据，包括第1级拆撑中各临时支承点的实际下沉量A/a，之 后多次重复步骤(3.6) 步骤(3.8)，直至第*次调整临时支承点位置后^^/+1)/^|&，
进入步骤(4);
步骤(4):进行第2级以及后续的拆撑，重复步骤(3)，直至完成支承体系的拆除。
本发明提出的一种大跨度屋盖拆撑施工一体化控制方法，实现了屋盖结构拆撑过程的计算
机自动控制，可极大地提高施工效率，减少人工控制造成的误差；在拆撑过程中可实现对屋
盖结构的内力、变形情况的实时监控，对结构可能处于的危险状况可给予及时警告，并根据 反馈信息及时调整下一步拆撑下沉位移量，避免施工过程可能对结构造成损害。
图l为各模块关系图2为数据输入模块一临时支承点下沉位移控制与调整模块工作流程图； 图3为数据输入模块一屋盖结构内力与变形分析模块一屋盖结构内力与变形控制模块工 作流程具体实施例方式
下面结合附图1 3具体说明这种大跨度屋盖拆撑施工一体化控制方法。 如图1所示， 一种大跨度屋盖拆撑施工一体化控制方法，在一个由数据输入模块、临时 支承点下沉位移控制与调整模块、屋盖结构内力与变形分析模块、屋盖结构内力与变形控制 模块组成的控制系统中按照特定步骤实现的；所述控制系统中包含一个能够测量各临时支承 点位置的临时支承点位置测量装置，安放于各临时支承点处。
其中，数据输入模块接收用户进行分级提升方案的输入，并向各模块传送数据。其中，临时支承点下沉位移控制与调整模块，为主控制模块；接收数据输入模块传递的 分级拆撑方案，按照各临时支承点的分级下沉量对各临时支承点进行下沉操作；分级拆撑过 程中，接收临时支承点位置测量装置传递的各临时支撑点的位置，以某一临时支撑点为参照， 计算其他临时支撑点与参照点的下沉同步误差，若误差超出控制范围，对各临时支撑点的位 置实施微调，以保证拆撑的同步性；分级拆撑完成时，根据临时支承点位置测量装置反馈的 各点实际下降位移，计算出目标下沉位移与实际下沉位移之间的误差，若误差超出允许范围， 对各临时支撑点的位置实施微调。
其中，屋盖结构内力与变形分析模块接收数据输入模块传递的数据，在拆撑过程中接收 由拆撑位置测量装置反馈的各个提升点的位置，并将数据传输给内置有限元分析软件包；有 限元分析软件包根据接收到的数据，决定屋盖结构的有限元计算模型，包括屋盖结构、临时 支撑胎架、地基，确定荷载工况以及边界约束，计算结构内力与变形状态，并将数据传输给 屋盖结构内力与变形分析模块；屋盖结构内力与变形分析模块再将计算结果传输给屋盖结构 内力与变形控制模块；
其中，屋盖结构内力与变形控制模块，为次控制模块；依据屋盖结构内力与变形分析模
块计算得到的内力判断结构是否在弹性范围内，并检验结构强度与稳定性；依据变形，判断
结构的变形情况是否安全合理；依据计算结果，判断并实时显示临时支承胎架与屋盖结构的
脱离情况，判断是否与设计方案一致；若屋盖结构的安全性不能满足要求，会发出警报。 下面具体说明这种大跨度屋盖拆撑施工一体化控制方法的实施步骤
步骤(1):如图1所示，在计算机中设置如下四个模块数据输入模块，临时支承点下 沉位移控制与调整模块，屋盖结构内力与变形分析模块，屋盖结构内力与变形控制模块；
步骤(2):如图1所示，用户向数据输入模块输入屋盖结构分级拆撑方案，输入数据包括-屋盖结构参数，临时拆撑点的个数m与布置，分级拆撑的总级数"，第y'个临时拆撑点的第 /级目标下沉位移^，其中，/=1,2,...,W，代表分级拆撑的级数；y'=l，2,...,m，代表临时拆撑 点编号，位移同步性与目标位置控制误差e，拆撑过程中为控制同步性对各临时拆撑点下沉 位置进行采样的时间间隔A^，拆撑过程中为进行屋盖结构安全校核对各临时拆撑点下沉位 置进行采样的时间间隔
数据输入模块将部分数据传输给临时支承点下沉位移控制与调整模块，包括附，4.， e, 采样间隔A^;
数据输入模块将部分数据传输给屋盖结构内力与变形分析模块，包括屋盖结构参数，采 样间隔A^2;
步骤(3):进行第l级拆撑，按下述步骤进行-
步骤(3.1):如图2所示，临时支承点下沉位移控制与调整模块接收数据输入模块进行第l级拆撑方案的数据输入，包括临时拆撑点的个数m与布置，各临时拆撑点的第l级目标 下沉位移^，目标位置控制误差e，采样间隔A^;
步骤(3.2):如图2所示，临时支承点下沉位移控制与调整模块，以第l级目标下沉位移 ^为目标，对各临时点的位置同步实施下沉；
步骤(3.3):如图2所示，在进行步骤(3.2)的同时，进行各拆撑点同步性控制与调整，
按下述步骤进行
步骤(3.3.1):在开始进行步骤(3.3)的同时，临时支承点下沉位移控制与调整模块向临
时支撑点位置测量装置输入数据，包括采样时间间隔A^;
步骤(3.3.2):每隔A^，临时支承点位置测量装置向临时支承点下沉位移控制与调整模块 反馈一次数据，即第1级拆撑中各临时支撑点的实时下沉位移A/;
步骤(3.3.3):临时支承点下沉位移控制与调整模块计算 =^/^,，以第一个提升点为参 照，计算As广 ,；如果IA /^〉e，临时支承点下沉位移控制与调整模块以 Xc/"为修正位移量，在各临时支撑点下沉的同时，进行临时支撑点下沉量的微调，以保证各 临时支撑点在拆撑过程的下沉同步性；
步骤(3.4):如图3所示，在进行步骤(3.2)的同时，进行屋盖结构的安全校核，按如下 步骤进行
步骤(3.4.1):屋盖结构内力与变形分析模块接收数据输入模块传递的数据，包括屋盖 结构参数，采样间隔Af2;
步骤(3.4.2):在开始进行步骤(3.3)的同时，临时支撑点位置测量装置接收屋盖结构内 力与变形分析模块传递的数据，包括采样间隔A^;
步骤(3.4.3):每隔A^，临时支承点位置测量装置向屋盖结构内力与变形分析模块反馈一
次数据，即各临时支承点的空间位置；
步骤(3.4.4):屋盖结构内力与变形分析模块将数据传送给有限元分析软件包，包括屋 盖结构参数，各临时支承点的空间位置；
步骤(3.4.5):有限元分析软件包根据各个临时支撑点所在的位置、屋盖结构参数，确定 屋盖结构的有限元计算模型，包括屋盖结构、临时支撑胎架、地基，确定荷载工况以及边界 约束；有限元分析软件包通过计算，得到屋盖结构内力与变形状态，并将结果传送回屋盖结 构内力与变形分析模块；屋盖结构内力与变形分析模块将计算结果传送给屋盖结构内力与变 形控制模块；
步骤(3.4.6):屋盖结构内力与变形控制模块接收屋盖结构内力与变形控制模块传递的计
算结果；屋盖结构内力与变形控制模块进行如下判断屋盖结构内力与变形控制模块依据屋 盖结构内力与变形分析模块传递的结构内力分布结果判断结构是否在弹性范围内，并检验结构强度与稳定性；屋盖结构内力与变形控制模块依据变形状态，判断屋盖结构变形是否正常 合理；如果结构强度、稳定性以及变形情况均满足要求，各支承点的下沉继续进行；如果结 构强度、稳定性或者变形情况出现异常，该模块会及时发出警报，情况危险时暂停结构的拆 撑，待重新制定方案后继续进行；
步骤(3.5):如图2所示，待步骤(3.2)完成时，即各支承点以^/17为目标下沉量完成同 步下沉后，由支承点位置测量装置获得各临时支承点的位置，将其反馈给临时支承点下沉位 移控制与调整模块；
步骤(3.6):如图2所示，临时支承点下沉位移控制与调整模块接收支承点位置测量装置 传递的数据，包括第l级拆撑中各临时支承点的实际下沉量^/";临时支承点下沉位移控 制与调整模块通过对比各临时支承点的实际下沉位移值A/"与目标下沉量^，计算出下沉量 误差A c^-^/D;
步骤(3.7):如图2所示，临时支承点下沉位移控制与调整模块进行如下判断如果IAt^W A^l《e对每一个y'均满足，进入步骤(4);否则，临时支承点下沉位移控制与调整模块以A 力/"为依据对各临时支承点位置进行微调；；与此同时，重复步骤(3.4)，进行拆撑结构的内 力与变形校核；
步骤(3.8):如图2所示，待支撑点位置完成第一次微调后，临时支承点下沉位移控制与
调整模块接收支承点位置测量装置传递的数据，包括第1级拆撑中各临时支承点的实际下
沉量^/2)，之后多次重复步骤(3.6) 步骤(3.8)，直至第A:次调整临时支承点位置后IAt^ 一"/^,l《e，进入步骤(4);
步骤(4):进行第2级以及后续的拆撑，重复步骤(3)，直至完成支承体系的拆除。
权利要求
1、一种大跨度屋盖拆撑施工一体化控制方法，其特征在于，所述方法是在一个由数据输入模块、临时支承点下沉位移控制与调整模块、屋盖结构内力与变形分析模块、屋盖结构内力与变形控制模块组成的控制系统中按照下述步骤实现的，其中所述控制系统中包含一个能够测量各临时支承点位置的临时支承点位置测量装置，安放于各临时支承点处步骤(1)在计算机中设置如下四个模块1)数据输入模块；2)临时支承点下沉位移控制与调整模块；3)屋盖结构内力与变形分析模块；4)屋盖结构内力与变形控制模块；步骤(2)用户向数据输入模块输入屋盖结构分级拆撑方案，输入数据包括1)屋盖结构参数；2)临时拆撑点的个数m与布置；3)分级拆撑的总级数n；4)第j个临时拆撑点的第i级目标下沉位移dij；其中，i＝1，2，...，n，代表分级拆撑的级数；j＝1，2，...，m，代表临时拆撑点编号；5)位移同步性与目标位置控制误差e；6)拆撑过程中为控制同步性对各临时拆撑点下沉位置进行采样的时间间隔Δt1；7)拆撑过程中为进行屋盖结构安全校核对各临时拆撑点下沉位置进行采样的时间间隔Δt2；数据输入模块将部分数据传输给临时支承点下沉位移控制与调整模块，包括m，dij，e，采样间隔Δt1；数据输入模块将部分数据传输给屋盖结构内力与变形分析模块，包括屋盖结构参数，采样间隔Δt2；步骤(3)进行第1级拆撑，按下述步骤进行步骤(3.1)临时支承点下沉位移控制与调整模块接收数据输入模块进行第1级拆撑方案的数据输入，包括临时拆撑点的个数m与布置，各临时拆撑点的第1级目标下沉位移d1j，目标位置控制误差e，采样间隔Δt1；步骤(3.2)临时支承点下沉位移控制与调整模块，以第1级目标下沉位移d1j，为目标，对各临时点的位置同步实施下沉；步骤(3.3)在进行步骤(3.2)的同时，进行各拆撑点同步性控制与调整，按下述步骤进行步骤(3.3.1)在开始进行步骤(3.3)的同时，临时支承点下沉位移控制与调整模块向临时支撑点位置测量装置输入数据，包括采样时间间隔Δt1；步骤(3.3.2)每隔Δt，临时支承点位置测量装置向临时支承点下沉位移控制与调整模块反馈一次数据，即第1级拆撑中各临时支撑点的实时下沉位移d1jt；步骤(3.3.3)临时支承点下沉位移控制与调整模块计算d1j＝d1jt/d1j以第一个提升点为参照，计算Δs1j＝s1j-s11；如果|Δs1j/s11|＞e，临时支承点下沉位移控制与调整模块以Δd1jt＝Δs1j×d1j为修正位移量，在各临时支撑点下沉的同时，进行临时支撑点下沉量的微调，以保证各临时支撑点在拆撑过程的下沉同步性；步骤(3.4)在进行步骤(3.2)的同时，进行屋盖结构的安全校核，按如下步骤进行步骤(3.4.1)屋盖结构内力与变形分析模块接收数据输入模块传递的数据，包括屋盖结构参数，采样间隔Δt2；步骤(3.4.2)在开始进行步骤(3.3)的同时，临时支撑点位置测量装置接收屋盖结构内力与变形分析模块传递的数据，包括采样间隔Δt2；步骤(3.4.3)每隔Δt2，临时支承点位置测量装置向屋盖结构内力与变形分析模块反馈一次数据，即各临时支承点的空间位置；步骤(3.4.4)屋盖结构内力与变形分析模块将数据传送给有限元分析软件包，包括屋盖结构参数，各临时支承点的空间位置；步骤(3.4.5)有限元分析软件包根据各个临时支撑点所在的位置、屋盖结构参数，确定屋盖结构的有限元计算模型，包括屋盖结构、临时支撑胎架、地基，确定荷载工况以及边界约束；有限元分析软件包通过计算，得到屋盖结构内力与变形状态，并将结果传送回屋盖结构内力与变形分析模块；屋盖结构内力与变形分析模块将计算结果传送给屋盖结构内力与变形控制模块；步骤(3.4.6)屋盖结构内力与变形控制模块接收屋盖结构内力与变形控制模块传递的计算结果；屋盖结构内力与变形控制模块进行如下判断屋盖结构内力与变形控制模块依据屋盖结构内力与变形分析模块传递的结构内力分布结果判断结构是否在弹性范围内，并检验结构强度与稳定性；屋盖结构内力与变形控制模块依据变形状态，判断屋盖结构变形是否正常合理；如果结构强度、稳定性以及变形情况均满足要求，各支承点的下沉继续进行；如果结构强度、稳定性或者变形情况出现异常，该模块会及时发出警报，情况危险时暂停结构的拆撑，待重新制定方案后继续进行；步骤(3.5)待步骤(3.2)完成时，即各支承点以d1j为目标下沉量完成同步下沉后，由支承点位置测量装置获得各临时支承点的位置，将其反馈给临时支承点下沉位移控制与调整模块；步骤(3.6)临时支承点下沉位移控制与调整模块接收支承点位置测量装置传递的数据，包括第1级拆撑中各临时支承点的实际下沉量d1j(1)；临时支承点下沉位移控制与调整模块通过对比各临时支承点的实际下沉位移值d1j(1)与目标下沉量d1j，计算出下沉量误差Δd1j(1)＝d1j-d1j(1)；步骤(3.7)临时支承点下沉位移控制与调整模块进行如下判断如果|Δd1j(1)/d1j|≤e对每一个j均满足，进入步骤(4)；否则，临时支承点下沉位移控制与调整模块以Δd1j(1)为依据对各临时支承点位置进行微调；与此同时，重复步骤(3.4)，进行拆撑结构的内力与变形校核；步骤(3.8)待支撑点位置完成第一次微调后，临时支承点下沉位移控制与调整模块接收支承点位置测量装置传递的数据，包括第1级拆撑中各临时支承点的实际下沉量d1j(2)，之后多次重复步骤(3.6)～步骤(3.8)，直至第k次调整临时支承点位置后|Δd1j(k+1)/d1j|≤e，进入步骤(4)；步骤(4)进行第2级以及后续的拆撑，重复步骤(3)，直至完成支承体系的拆除。
全文摘要
本发明涉及一种大跨度屋盖拆撑施工一体化控制方法，属于结构工程领域。所述方法是在一个由数据输入模块、临时支承点下沉位移控制与调整模块、屋盖结构内力与变形分析模块、屋盖结构内力与变形控制模块组成的控制系统中按照一定的步骤实现。该方法通过计算机控制技术完成对各临时支承点下沉位移量进行自动控制与调整，且实时跟踪计算屋盖结构的内力与变形，并根据反馈信息及时调整下一步拆撑下沉位移量。该方法可以大大提高屋盖拆撑施工效率，并能保证结构在拆撑过程的安全。
文档编号G05D3/12GK101581917SQ200910087770
公开日2009年11月18日 申请日期2009年6月26日 优先权日2009年6月26日
发明者王小安, 郭彦林 申请人:清华大学