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柔性预张力结构的构件长度误差敏感性分析

程军  
【摘要】: 预应力是索杆张力结构的最基本结构特性,承担着提供结构刚度和保证结构形态稳定性的作用。作为一类预应力结构,构件长度误差(即索长和杆长误差,以下简称为“长度误差”)是造成索杆张力结构初始形态和初始预张力偏差的最主要因素。如何有效地控制长度误差效应是该类结构设计,特别是施工张拉设计的关键问题。本文主要围绕索杆张力结构的构件长度误差效应,开展了以下三方面的研究工作。 第一、本文给出了构件长度误差效应(包括预张力偏差和形状偏差)分析问题的数学描述,利用不需建立整体刚度矩阵的动力松弛法来进行求解,且采用了悬链线索单元模型及其精确协调方程以确保计算精度。建立了反映预张力偏差和长度误差关系的敏感性矩阵。提出了一种工程中主动张拉索的选取方法。考虑到结构的实际施工成形是以张拉索索力来控制的情况,进一步基于牛顿法提出了存在索力约束条件的长度误差效应求解策略,指出了能否有效控制长度误差效应是评价张拉索方案合理性的重要依据。 第二、针对柔性预张力索杆体系在施工张拉过程中的长度误差敏感性问题,本文采用了Sobol基于方差的敏感性分析方法来进行分析。利用所推导的长度误差敏感性矩阵的解析表达式,对两个不同的索杆张力结构各阶长度误差的敏感性指标进行了计算和分析,比较了不同张拉方案对结构初始预张力的影响。文中还对采用Sobol法进行长度误差敏感性分析的优缺点和有效性进行了讨论。 第三、面向索杆张力结构的实际预张力状态评判及其预张力偏差调整问题,基于遗传算法提出了索杆张力结构最不利索长误差组合的求解策略,以及根据实测初始预张力反求索长误差组合的分析方法。文中还结合一实际工程中的桅杆斜拉悬索系统,利用上述方法进行了最不利索长误差组合的求解以及实测预张力偏差的分析,并对采用遗传算法进行上述问题分析的优缺点及有效性进行了讨论。


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