柔性預(yù)張力結(jié)構(gòu)的剛度解析和評價理論研究

由諸多因素引起的預(yù)張力偏差容易導(dǎo)致在役期內(nèi)柔性預(yù)張力結(jié)構(gòu)的剛度發(fā)生退化。因此，對此類結(jié)構(gòu)進(jìn)行剛度監(jiān)測是工程中面臨的重要問題。本項(xiàng)目提出了一種以關(guān)鍵剛度為監(jiān)測重點(diǎn)的在役期柔性預(yù)張力結(jié)構(gòu)剛度性能評價新思路。通過剛度解析分離出了對主控荷載所引起變形起主要抵抗作用的剛度分量，將其定義為重點(diǎn)監(jiān)測的關(guān)鍵剛度。理論上闡明可通過監(jiān)測少量模態(tài)（目標(biāo)模態(tài)）的參數(shù)變化來評價結(jié)構(gòu)關(guān)鍵剛度的變化。建立了目標(biāo)模態(tài)集合的擴(kuò)展方法以考慮預(yù)張力偏差引起的模態(tài)變化。提出了階躍激勵荷載的優(yōu)化方法來增大結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)中目標(biāo)模態(tài)的能量占比，進(jìn)而提高密頻區(qū)域內(nèi)目標(biāo)模態(tài)的識別精度。為保證在役期內(nèi)實(shí)際結(jié)構(gòu)關(guān)鍵剛度的監(jiān)測精度，提出了面向?qū)嶋H結(jié)構(gòu)目標(biāo)模態(tài)測試的策略，并給出了一種基于貢獻(xiàn)模態(tài)的振型擴(kuò)展方法。建立了實(shí)際結(jié)構(gòu)關(guān)鍵剛度評價的位移指標(biāo)，并且分別從靜力位移測試和動力模態(tài)測試的角度給出了實(shí)際結(jié)構(gòu)位移的監(jiān)測方法。對于結(jié)構(gòu)關(guān)鍵剛度出現(xiàn)損傷的情況，提出了一種基于模態(tài)修復(fù)的剛度補(bǔ)償方法并給出了一種補(bǔ)張拉索的優(yōu)選策略。通過數(shù)值分析和模型試驗(yàn)，驗(yàn)證了本研究所提出的目標(biāo)模態(tài)測試?yán)碚?、剛度性能評價方法和剛度補(bǔ)償策略的有效性。 2100433B

由于結(jié)構(gòu)構(gòu)成機(jī)理的特殊性，結(jié)構(gòu)剛度是索網(wǎng)、索穹頂?shù)热嵝灶A(yù)張力結(jié)構(gòu)在役期性能評價的核心內(nèi)容。本項(xiàng)目提出了一種以需求剛度為監(jiān)測重點(diǎn)的在役期柔性預(yù)張力結(jié)構(gòu)剛度性能評價新思路并開展相關(guān)的理論研究。以剛度解析理論研究為出發(fā)點(diǎn)，目的是能夠在結(jié)構(gòu)層面區(qū)分線彈性剛度和幾何剛度的貢獻(xiàn)大小，且能定量描述構(gòu)件自身彈性剛度和預(yù)張力對結(jié)構(gòu)整體剛度的貢獻(xiàn)。研究數(shù)值方法用于從結(jié)構(gòu)整體剛度中分離出抵抗結(jié)構(gòu)主控荷載變形的需求剛度分量，并以此作為評價在役期結(jié)構(gòu)剛度性能的重點(diǎn)。為配合動力方法對結(jié)構(gòu)剛度的直接檢測，研究最能體現(xiàn)需求剛度的結(jié)構(gòu)特征模態(tài)的解析方法，并發(fā)展相應(yīng)的傳感器優(yōu)化布置理論。研究基于實(shí)測結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)識別結(jié)構(gòu)需求剛度損傷的方法，進(jìn)而利用剛度解析理論提出能指導(dǎo)結(jié)構(gòu)剛度缺陷修復(fù)和補(bǔ)償?shù)睦碚摲椒ā?

幾何誤差是造成索網(wǎng)、索穹頂?shù)却祟惾嵝灶A(yù)張力結(jié)構(gòu)初始形態(tài)偏差的主要因素，有效地控制幾何誤差效應(yīng)是該類結(jié)構(gòu)張拉施工的關(guān)鍵技術(shù)問題。本項(xiàng)目以幾何誤差為著眼點(diǎn)，在柔性預(yù)張力結(jié)構(gòu)隨機(jī)幾何誤差效應(yīng)及其敏感性分析理論研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對該類結(jié)構(gòu)體系的張拉設(shè)計分析理論、張力調(diào)整和模型修正分析理論以及技術(shù)評定的定量化分析方法三個層面的問題進(jìn)行深入研究。本項(xiàng)目還將借助索穹頂結(jié)構(gòu)的施工張拉模型試驗(yàn)來考察理論研究成果的正確性，并對以控制幾何誤差效應(yīng)為目的的施工張拉技術(shù)和張力調(diào)整技術(shù)進(jìn)行研究。本項(xiàng)目旨在建立一套較為系統(tǒng)的，以幾何誤差效應(yīng)分析為基礎(chǔ)的柔性預(yù)張力結(jié)構(gòu)張拉施工的分析理論和方法，為該類結(jié)構(gòu)的設(shè)計、施工和評定提供理論和技術(shù)上的支持。

本項(xiàng)目的研究成果包括六方面內(nèi)容：（1）建立了索桿張力結(jié)構(gòu)構(gòu)件隨機(jī)幾何誤差的數(shù)學(xué)模型以及結(jié)構(gòu)預(yù)張力偏差效應(yīng)計算分析方法；（2）建立了基于方差的索桿張力結(jié)構(gòu)預(yù)張力偏差敏感性分析方法；（3）進(jìn)一步完善了索桿張力結(jié)構(gòu)施工張拉成形分析方法，提出了索桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動形態(tài)穩(wěn)定性的判別準(zhǔn)則及分岔路徑的跟蹤方法；（4）基于幾何誤差效應(yīng)分析理論，建議了一套結(jié)構(gòu)張拉方案有效性的定量評價方法和主動張拉索的優(yōu)選策略；（5）根據(jù)桿件內(nèi)力增量方差對主動索索長增量方差的敏感性，提出了一套結(jié)構(gòu)預(yù)張力偏差監(jiān)測和調(diào)整的分析方法。（6）結(jié)合兩個實(shí)際工程，對索桿張力結(jié)構(gòu)預(yù)張力偏差的施工驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)制定方法提出了建議。 2100433B

施加預(yù)張力是膜結(jié)構(gòu)工程施工安裝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是整個膜結(jié)構(gòu)體系抵抗外荷載做到安全可靠的重要保障。??

施加預(yù)張力方案在初步設(shè)計中就應(yīng)確定，在施工圖中應(yīng)明確表述，在施工安裝方案中做詳細(xì)的操作策劃。?

膜結(jié)構(gòu)體系中的各結(jié)構(gòu)部件應(yīng)力求制作準(zhǔn)確，施工安裝在嚴(yán)格的測量監(jiān)控下應(yīng)力求定位準(zhǔn)確，在這一前提下，位移控制膜結(jié)構(gòu)體系的預(yù)張力水平更直觀到位，力值也應(yīng)基本吻合設(shè)計值。位移允許偏差±109^，可以包容制作、安裝的累積偏差。??

力值控制預(yù)張力的施加水平可能會受到摩擦力等多種因素的干擾。在有代表性的施力點(diǎn)，抽檢力值作參考，更有利于預(yù)張力施加的控制 。2100433B