基于误差敏感性分析的索杆预张力结构张拉成形优选方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及预张力结构张拉成形技术领域，尤其涉及的是基于误差敏感性分析的 索杆预张力结构张拉成形优选方法。
【背景技术】
[0002] 索杆张力结构是一种由拉索和压杆组成、通过张拉成形的柔性张力结构，由于该 体系充分利用拉索的高强性和预张力的调控性优点，从而使结构具有跨越能力强、经济性 能好、造型轻巧等特点，是现阶段国内外空间大跨结构的研宄热点和今后的发展方向。现有 研宄表明，预张力的合理设计和精确施加是实现张力结构优越承载性能的关键因素，没有 预张力的合理布置，就没有良好的力学性能和刚度分布，而精确有效的施工张拉是实现预 张力合理分布的前提和基础，预张力随着体系的逐步张拉而逐步生成，并随着施工过程的 最终完成实现预张力的最终生成。因此，张力结构施工张拉成形技术的合理性和有效性直 接关系到最终预张力生成的精确有效性。
[0003] 预张力结构施工成形技术主要研宄结构获取张力的方法、实施过程以及相关技 术，使张力结构能够实现从一组松弛的几何体到获取理想设计形状和预应力分布的过程， 从而成为一个合理、高效的结构。由于柔性预张力结构成形前体系不稳定，且成形过程中随 着刚体运动，刚度矩阵奇异，因此通常采用形态分析中的"找形"分析方法。目前施工成形 技术研宄多基于施工成形方案选择和施工成形过程模拟两方面展开。Geiger在1988年汉 城奥运会体操馆和击剑馆索穹顶屋盖设计中提出了由外及里逐圈张拉下斜索成形方案。 JeonBongsoo对整体对称的圆环形张力索桁罩棚结构提出了逐圈张拉上径向索的施工成 形方案。沈祖炎等提出了索原长控制法，在确定索穹顶每根构件原长后，按照次序组装杆 件，然后依次将斜索张拉到设计长度，无须反复张拉。董石麟等对Levy型索穹顶结构提出 了逐圈斜索张拉法、仅外圈斜索张拉法、逐圈竖杆顶压法、仅外圈竖杆顶压法、逐圈环索张 拉法、仅外圈环索张拉法、逐圈斜索原长安装法等七种施工成形方案，并基于控制构件原长 及动力松弛法模拟了施工全过程。唐建民等基于刚体位移假定，采用非线性有限元法对轴 对称的Geiger型索穹顶结构的施工过程进行了模拟分析和试验研宄。罗尧治采用直线杆 单元，基于奇异值分解法和几何非线性力法跟踪了张拉成形全过程，并分析了预应力生成 规律。袁行飞等基于刚体位移和抛物线单元的假定，通过拆杆法来跟踪成形各阶段的杆件 运动及索杆内力规律。黄呈伟等采用交替调节环索的方式，对轴对称的Geiger型索穹顶结 构的施工过程进行了模拟分析和试验研宄。邓华等提出了基于抛物线单元、控制索原长、利 用力密度法的思路研宄索杆张力体系张拉成形各阶段平衡态分析方法。郑君华基于构件原 长假定，采用非线性有限元法并结合模型试验分析了张拉外圈斜索成形法、张拉外圈脊索 成形法及张拉外圈环索成形法在葵花型索穹顶结构的应用。郭彦林等利用非线性有限元法 并基于构件原长假定分析了深圳宝安体育场拟采用的张拉径向索成型、顶升飞柱成型以及 张拉环索成型等多种张拉成形方案。于滨等分析了在深圳宝安体育场施工中拟采用的先张 拉上径向索到位、再张拉下径向索到位的整体张拉提升技术，并提出了一种定尺定长设计 与施工控制方法。江磊鑫等分析了现有索杆体系张拉成形中常见的正装法和倒拆法两种施 工方法的计算原理和优缺点，并提出了张拉成形过程中改善收敛性的施加初应变辅助收敛 法和附着梁单元辅助收敛法。葛家琪等提出了张拉各圈径向斜索、张拉各圈环索和张拉各 圈环索及内斜索等多张张拉成形方法，并采用非线性有限元法及构件原长假定跟踪了张拉 成形全过程。王泽强等详细介绍了整体同步提升安装技术在我国第一座索穹顶结构-内蒙 古伊旗全民健身体育中心索穹顶施工成形中的应用，并介绍了施工成形中的预应力张拉次 序与方法、施工仿真分析与监测控等关键技术。叶小兵等采用机械多刚体系统动力学分析 方法，实现了对索穹顶结构整个施工过程的动态模拟和控制。申请者曾对Kiewitt型索穹 顶结构采用了逐步张拉外圈斜索成形、一次性张拉外圈斜索成形及由外及里逐步调节压杆 到原长成形等多种成形方案，并提出基于抛物线单元、控制索段原长、利用动力松弛法来模 拟索穹顶结构的施工成形过程，但研宄方法同样局限于构件原长假定、同时没有分析评价 各种成形方案的误差效应。
[0004] 总的来说，预张力结构张拉成形理论研宄和试验模拟技术均已取得一定的研宄成 果，相关理论已在实际工程中得到一定应用。但现有张拉成形理论研宄多基于理想状态条 件展开，并未充分考虑实际预张力结构施工过程中普遍存在的包括构件长度误差、支座误 差等各类施工误差对施工阶段及成形态和荷载态的影响，同时亦未有效分析评价各张拉成 形方案的误差效应和施工精度。
[0005] 因此，现有技术还有待于改进和发展。
【发明内容】
[0006] 本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供基于误差敏感性 分析的索杆预张力结构张拉成形优选方法。旨在通过分析评价各种施工方案的误差效应从 而选择误差效应低、施工方便、施工成本低的施工方案作为结构的张拉成形方案，为该类 工程的施工方案选择提供理论指导。
[0007] 本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
[0008] 基于误差敏感性分析的索杆预张力结构张拉成形优选方法，其中，包括步骤：
[0009] A、基于空间铰接结构的三大方程构建预张力偏差与杆件长度偏差的基本关系，即 杆件长度误差敏感性分析理论；
[0010]B、基于主动张拉索索内力可精确控制即主动索索内力偏差为零条件下，推导其余 被动索杆内力偏差与杆件长度偏差的基本关系，求得各种张拉成形方案下（选择不同主动 张拉索）被动索杆内力偏差；
[0011] C、结合概率论方法和数理统计理论计算各种张拉成形方案被动索杆内力偏差的 评价参数，进而评价不同张拉方案的误差效应。
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