一种基于钢丝绳受力计算的钢筋笼吊装方法和系统与流程

1.本技术涉及土木工程技术领域，特别是涉及一种基于钢丝绳受力计算的钢筋笼吊装方法和系统。


背景技术：

2.地连墙钢筋笼的吊装有其特殊性，因为大跨度的钢筋笼整体较重，由于仅仅采用三点起吊，因此吊装钢丝绳的承载能力很重要。目前对这种小刚度钢筋笼的吊装研究不多，关于钢筋笼起吊力学分析的计算方法方面的专利很少。例如，专利公开号为：cn201110009320.x，专利名为“一种钢筋笼吊装方法”的公开文件中，介绍了一种采用主、副吊协同起吊，钢筋笼在空中逐渐垂直地面的方法，对于吊点设置没有给出明确的位置。专利公开号为：cn201310359437.x，专利名为“超长钢筋笼一次性吊装施工方法”的公开文件中，对于吊点的设置为沿着主筋方向均匀设置，但是也没有给出支持这一设置方式的力学分析。专利公开号为：cn202111435560.6，专利名为“一种地下连续墙异形钢筋笼的吊装方法”的公开文件中，提到了结合部件尺寸、重量确定重心位置，从而确定吊点位置，但是没有涉及到吊点位置与钢丝受力的关系。
3.目前针对相关技术中用于钢筋笼起吊的钢丝绳受力难以高效、精准确定的问题，尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供了一种基于钢丝绳受力计算的钢筋笼吊装方法和系统，以至少解决相关技术中用于钢筋笼起吊的钢丝绳受力难以高效、精准确定的问题。
5.第一方面，本技术实施例提供了一种基于钢丝绳受力计算的钢筋笼吊装方法，所述方法包括：
6.构建钢筋笼的起吊力学仿真模型；
7.在所述起吊力学仿真模型的基础上，构建起吊优化数学模型；
8.根据所述起吊优化数学模型，通过仿真优化算法优化搜索求解在起吊过程中钢丝绳的最大受力；
9.根据所述最大受力选取对应的钢丝绳完成所述钢筋笼的吊装。
10.在其中一些实施例中，在所述起吊力学仿真模型的基础上，构建起吊优化数学模型包括：
11.在所述起吊力学仿真模型的基础上，确定起吊的优化目标、影响起吊过程的变量因素和起吊的约束条件；
12.由所述优化目标、所述变量因素和所述约束条件构建起吊优化数学模型。
13.在其中一些实施例中，构建钢筋笼的起吊力学仿真模型包括：
14.根据等效弯曲刚度的梁一端简支和一端承受垂直向上作用力，构建钢筋笼的起吊力学仿真模型。
15.在其中一些实施例中，所述仿真优化算法用于将钢筋笼起吊的动力学问题转化成拟静态的静力学问题。
16.在其中一些实施例中，通过仿真优化算法优化搜索求解在起吊过程中钢丝绳的最大受力包括：
17.采用cae技术建立拟静态的静力学仿真优化模型，优化搜索求解在起吊过程中钢丝绳的最大受力。
18.第二方面，本技术实施例提供了一种基于钢丝绳受力计算的钢筋笼吊装系统，所述系统包括仿真模型模块、数学模型模块和吊装模块；
19.所述仿真模型模块，用于构建钢筋笼的起吊力学仿真模型；
20.所述数学模型模块，用于在所述起吊力学仿真模型的基础上，构建起吊优化数学模型；根据所述起吊优化数学模型，通过仿真优化算法优化搜索求解在起吊过程中钢丝绳的最大受力；
21.所述吊装模块，用于根据所述最大受力选取对应的钢丝绳完成所述钢筋笼的吊装。
22.在其中一些实施例中，所述数学模型模块，还用于在所述起吊力学仿真模型的基础上，确定起吊的优化目标、影响起吊过程的变量因素和起吊的约束条件；由所述优化目标、所述变量因素和所述约束条件构建起吊优化数学模型。
23.在其中一些实施例中，所述仿真模型模块，还用于根据等效弯曲刚度的梁一端简支和一端承受垂直向上作用力，构建钢筋笼的起吊力学仿真模型。
24.在其中一些实施例中，所述仿真优化算法用于将钢筋笼起吊的动力学问题转化成拟静态的静力学问题。
25.在其中一些实施例中，所述数学模型模块，还用于采用cae技术建立拟静态的静力学仿真优化模型，优化搜索求解在起吊过程中钢丝绳的最大受力。
26.相比于相关技术，本技术实施例提供的一种基于钢丝绳受力计算的钢筋笼吊装方法和系统，通过构建钢筋笼的起吊力学仿真模型；在起吊力学仿真模型的基础上，构建起吊优化数学模型；根据起吊优化数学模型，通过仿真优化算法优化搜索求解在起吊过程中钢丝绳的最大受力；根据最大受力选取对应的钢丝绳完成钢筋笼的吊装，解决了用于钢筋笼起吊的钢丝绳受力难以高效、精准确定的问题，实现了基于起吊力学仿真模型、起吊优化数学模型和仿真优化算法，搜索求解出钢丝绳的最大受力，选取合适钢丝绳保证起吊过程的施工安全性。
附图说明
27.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
28.图1是根据本技术实施例的基于钢丝绳受力计算的钢筋笼吊装方法的步骤流程图；
29.图2是根据本技术实施例的钢筋笼起吊力学仿真模型的示意图；
30.图3是根据本技术实施例的钢筋笼起吊力学仿真模型的坐标系示意图；
31.图4是根据本技术实施例的基于钢丝绳受力计算的钢筋笼吊装系统的结构框图；
32.图5是根据本技术实施例的电子设备的内部结构示意图。
33.附图说明：41、仿真模型模块；42、数学模型模块；43、吊装模块。
具体实施方式
34.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。基于本技术提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
35.显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本技术应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本技术公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本技术揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本技术公开的内容不充分。
36.在本技术中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本技术所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。
37.除非另作定义，本技术所涉及的技术术语或者科学术语应当为本技术所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本技术所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本技术所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本技术所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本技术所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“a和/或b”可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。本技术所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。
38.申请人经研究发现，钢筋笼起吊的钢丝绳设计问题是研究将钢筋笼从水平状态起吊成垂直状态的过程中钢丝绳所受的力最大是多少？为保证起吊过程的安全性需要根据这个最大力值来选择钢丝绳的规格。但显然，这是个结构动力学问题。一般的求解方法是应用动力学仿真平台进行求解，但钢丝绳作为柔性体如何合理描述比较困难。本发明给出了解决这个问题的另一种方法，即拟静态的静力学问题与仿真优化算法(优化搜索算法)。
39.本技术实施例提供了一种基于钢丝绳受力计算的钢筋笼吊装方法，图1是根据本技术实施例的基于钢丝绳受力计算的钢筋笼吊装方法的步骤流程图，如图1所示，该方法包括以下步骤：
40.步骤s102，构建钢筋笼的起吊力学仿真模型；
41.具体地，图2是根据本技术实施例的钢筋笼起吊力学仿真模型的示意图，如图2所示，根据等效弯曲刚度的梁一端简支和一端承受垂直向上作用力，构建钢筋笼的起吊力学仿真模型，即该模型是一端简支、一端承受垂直向上作用力的梁，且梁的弯曲刚度与钢筋笼的弯曲刚度等效，而作用力则表达了起吊钢筋笼的力。
42.步骤s104，在起吊力学仿真模型的基础上，构建起吊优化数学模型；
43.具体地，在起吊力学仿真模型的基础上，确定起吊的优化目标、影响起吊过程的变量因素和起吊的约束条件；由优化目标、变量因素和约束条件构建起吊优化数学模型。
44.优选地，如图2所示，设钢筋笼长l米、重w公斤。一般采用三点起吊，在该钢筋笼起吊力学仿真模型的示意图中，a、b、c是钢丝绳在钢筋笼上的固定位置，d、e是吊点，吊点d、e是随着钢筋笼与水平夹角(起吊角度)的变化而变化。
45.bdc、aed各为一根钢丝绳，钢丝绳长度一定(l
11
+l
12
＝la、l
21
+l
22
＝lb)，且一般la＝lb。从数学曲线的定义可知吊点d、e的运动轨迹是椭圆，a、d是e点轨迹椭圆曲线1的焦点，b、c是d点轨迹椭圆曲线2的焦点，建立坐标系，图3是根据本技术实施例的钢筋笼起吊力学仿真模型的坐标系示意图，如图3所示，各点的坐标如下：
46.a(xa，ya)＝a(c2cosθ，c2sinθ)
47.b(xb，yb)＝b((c2+l1)cosθ，(c2+l1)sinθ)
48.c(xc，yc)＝c((c2+l1+l2)cosθ，(c2+l1+l2)sinθ)
49.其中，c2是坐标原点到a点的距离，l1是a、b点的距离，l2是b、c点的距离。
50.吊点d(xd，yd)、e(xe，ye)满足椭圆方程其中，a、b分别是椭圆的长半轴和短半轴(注意这是在椭圆的局部坐标系下的方程)。由椭圆定义可知，对椭圆曲线2来说，a＝lb/2，同时当θ＝0时可以得到e＝(x
c-xb)/2
51.吊点d(xd，yd)、e(xe，ye)还满足钢丝绳长度不变的要求，即：
[0052][0053][0054]
根据上述方程，可以构建起吊优化数学模型：
[0055]
确定起吊的优化目标为：钢丝绳受力最大；
[0056]
确定影响起吊过程的变量因素为：钢筋笼吊起的角度θ，其中，变量的变化范围为0≤θ≤90，-0.5lb≤xd(局部坐标下)，xe≤0.5lb(局部坐标下)，-b≤yd(局部坐标下)，ye≤b(局部坐标下)；
[0057]
确定起吊的约束条件为：
[0058]
①
吊点d(xd,yd)、e(xe,ye)满足方程：
[0059][0060]
[0061]
②
吊点d(xd,yd)、e(xe,ye)满足局部坐标系下的椭圆方程：
[0062][0063]
根据上述公式计算椭圆参数时，需将全局坐标下的各点位置转换到局部坐标下。动点e对应的是局部坐标xo1y1下的椭圆曲线1，动点d对应的是局部坐标xo2y2下的椭圆曲线2。具体变换公式如方程其中，x、y是全局坐标下的坐标变量，x’、y’是局部坐标xo1y1、xo2y2下的坐标变量。
[0064]
步骤s106，根据起吊优化数学模型，通过仿真优化算法优化搜索求解在起吊过程中钢丝绳的最大受力；
[0065]
具体地，仿真优化算法用于将钢筋笼起吊的动力学问题转化成拟静态的静力学问题。根据起吊优化数学模型，通过仿真优化算法优化搜索求解在起吊过程中钢丝绳的最大受力
[0066]
优选地，根据起吊优化数学模型，采用cae技术建立拟静态的静力学仿真优化模型，优化搜索求解在起吊过程中钢丝绳的最大受力。
[0067]
步骤s108，根据最大受力选取对应的钢丝绳完成钢筋笼的吊装。
[0068]
需要说明的是，本发明的实施例中所使用的各个物理量的量纲需统一，如采用国际单位制si，基本量纲为：毫米mm，千克kg，秒s，则力的量纲为n(牛顿)、弹性模量e与应力σ的量纲为mpa(n/mm2)。泊松比μ和应变是无量纲的，角度的量纲是度。
[0069]
通过本技术实施例中的步骤s102至步骤s108，解决了用于钢筋笼起吊的钢丝绳受力难以高效、精准确定的问题，实现了基于起吊力学仿真模型、起吊优化数学模型和仿真优化算法，搜索求解出钢丝绳的最大受力，选取合适钢丝绳保证起吊过程的施工安全性。
[0070]
需要说明的是，在上述流程中或者附图的流程图中示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
[0071]
本技术实施例提供了一种基于钢丝绳受力计算的钢筋笼吊装系统，图4是根据本技术实施例的基于钢丝绳受力计算的钢筋笼吊装系统的结构框图，如图4所示，该系统包括仿真模型模块41、数学模型模块42和吊装模块43；
[0072]
仿真模型模块41，用于构建钢筋笼的起吊力学仿真模型；
[0073]
数学模型模块42，用于在起吊力学仿真模型的基础上，构建起吊优化数学模型；根据起吊优化数学模型，通过仿真优化算法优化搜索求解在起吊过程中钢丝绳的最大受力；
[0074]
吊装模块43，用于根据最大受力选取对应的钢丝绳完成钢筋笼的吊装。
[0075]
通过本技术实施例中的仿真模型模块41、数学模型模块42和吊装模块43，解决了用于钢筋笼起吊的钢丝绳受力难以高效、精准确定的问题，实现了基于起吊力学仿真模型、起吊优化数学模型和仿真优化算法，搜索求解出钢丝绳的最大受力，选取合适钢丝绳保证起吊过程的施工安全性。
[0076]
在其中一些实施例中，数学模型模块42，还用于在起吊力学仿真模型的基础上，确定起吊的优化目标、影响起吊过程的变量因素和起吊的约束条件；由优化目标、变量因素和
约束条件构建起吊优化数学模型。
[0077]
在其中一些实施例中，仿真模型模块41，还用于根据等效弯曲刚度的梁一端简支和一端承受垂直向上作用力，构建钢筋笼的起吊力学仿真模型。
[0078]
在其中一些实施例中，仿真优化算法用于将钢筋笼起吊的动力学问题转化成拟静态的静力学问题。
[0079]
在其中一些实施例中，数学模型模块42，还用于采用cae技术建立拟静态的静力学仿真优化模型，优化搜索求解在起吊过程中钢丝绳的最大受力。
[0080]
需要说明的是，上述各个模块可以是功能模块也可以是程序模块，既可以通过软件来实现，也可以通过硬件来实现。对于通过硬件来实现的模块而言，上述各个模块可以位于同一处理器中；或者上述各个模块还可以按照任意组合的形式分别位于不同的处理器中。
[0081]
本实施例还提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，该存储器中存储有计算机程序，该处理器被设置为运行计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。
[0082]
可选地，上述电子装置还可以包括传输设备以及输入输出设备，其中，该传输设备和上述处理器连接，该输入输出设备和上述处理器连接。
[0083]
需要说明的是，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。
[0084]
另外，结合上述实施例中的基于钢丝绳受力计算的钢筋笼吊装方法，本技术实施例可提供一种存储介质来实现。该存储介质上存储有计算机程序；该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中的任意一种基于钢丝绳受力计算的钢筋笼吊装方法。
[0085]
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种基于钢丝绳受力计算的钢筋笼吊装方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
[0086]
在一个实施例中，图5是根据本技术实施例的电子设备的内部结构示意图，如图5所示，提供了一种电子设备，该电子设备可以是服务器，其内部结构图可以如图5所示。该电子设备包括通过内部总线连接的处理器、网络接口、内存储器和非易失性存储器，其中，该非易失性存储器存储有操作系统、计算机程序和数据库。处理器用于提供计算和控制能力，网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信，内存储器用于为操作系统和计算机程序的运行提供环境，计算机程序被处理器执行时以实现一种基于钢丝绳受力计算的钢筋笼吊装方法，数据库用于存储数据。
[0087]
本领域技术人员可以理解，图5中示出的结构，仅仅是与本技术方案相关的部分结构的框图，并不构成对本技术方案所应用于其上的电子设备的限定，具体的电子设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
[0088]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，该计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。
[0089]
本领域的技术人员应该明白，以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0090]
以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。