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索杆张力结构的几何误差效应分析和控制

宋荣敏  
【摘要】:几何误差效应是指由几何误差引起的结构预张力偏差和形状偏差,有效地控制几何误差效应是索杆张力结构张拉施工的关键技术问题。本文以拉索长度偏差为着眼点,以控制几何误差效应为目标,针对索杆张力结构开展了以下三个方面的工作: (1)建立了几何误差随机分布的数学模型。针对线性索杆系统和非线性索杆系统推导了索长误差和结构预张力偏差、形状偏差关系的基本方程。进一步以控制主动索索力偏差为零作为前提,推导了被动索初始预张力偏差和索长误差的线性方程。根据索长误差的随机数学描述,利用此方程可分析结构预张力偏差随机分布的统计特征。通过两个索杆结构算例,重点比较了不同张拉方案下的预张力偏差大小和分布情况,结构几何误差效应的控制效果随主动索的不同有明显区别,可作为结构张拉方案合理性评价的定量指标。 (2)对于索杆张力结构的张力偏差监测和补偿问题开展了研究。基于反映主动索索长变化和测点杆件内力变化关系的基本方程,通过分析其解的特性探讨了最小监测点数的确定原则,并提出了一种根据杆件内力增量方差对主动索索长增量方差的敏感性来选择有效测点杆件的方法。依据测点杆件的内力偏差,推导了求解主动索索力偏差或最小二乘估计值的计算公式,建议了一个评判被动杆松弛影响大小的指标,并提出了补偿张力的计算方法。 (3)索长误差的敏感性可以作为施工张拉方案确定的参考依据。介绍了基于方差的敏感性分析法的基本原理。利用其敏感性指标来评价各索单元长度误差对控制目标的影响,并按其大小排序来选择主动张拉索。最后还进一步利用遗传算法提出了一种自动优选主动张拉索的计算策略,编制了运算程序并通过算例分析验证了其有效性。


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