基于表面应变的国家速滑馆拉索索力实测方法研究

拉索作为大跨空间结构中的关键构件，其应用越来越广泛。拉索索力对结构形态、受力状态以及安全性能起着决定性作用。该文提出一种基于表面应变的索力实测方法，通过在索表面安装传感器测量表面应变，进而利用索轴向刚度换算得到索力。根据索内部的几何构造，建立了精细化有限元模型，确定了表面应变和拉索整体轴向应变的关系，提出用修正系数K考虑初始空隙的影响，并通过索力标定试验验证了本文中索力实测方法。最后，该方法应用于国家速滑馆施工阶段的索力实测，并将索力实测结果与频率法和千斤顶法的结果进行比对。结果表明：索内钢丝的螺旋角和初始空隙是影响修正系数K的关键因素；标定试验中的索表面应变与千斤顶拉力具有良好的线性关系，索力实测的平均相对误差不超过2%；现场实测索力结果与参考方法的平均相对偏差在5%以内；文章所提出的方法原理清晰、安装简便，是一种新型的大跨空间结构的索力实测方法，为施工阶段的结构分析提供可靠的索力实测数据。     

基于静态位移测量的索膜结构损伤识别研究

轮辐式空间索膜结构是一类应用越来越广泛的大跨度空间结构形式。在此类结构中。拉索是提供预应力及结构刚度的主要构件。使用过程中,由于外界荷载及环境因素的影响,有可能导致拉索产生预应力松弛的现象。虽然预应力的少量损失不会对结构有大的影响,但当该损失达到一定的程度后,结构的性态就会发生明显变化。因此,积极开展轮辐式空间索膜结构中拉索预应力状况的健康监测与损伤识别研究是必要的。以轮辐式空间索膜结构为研究对象,考察了温度对结构的影响,并采用通过测量静力位移和索力的损伤识别方法相结合的技术路线,就该类结构中拉索的损伤识别问题进行了初步探讨。     

北京南站无柱雨篷拉索施工技术

北京南站站房外形为椭圆形,雨篷采用新颖的拉索结构.介绍了预应力施工流程及技术要点,并采用有限元计算软件MIDAS/gen对整个张拉过程中索力的变化进行施工仿真计算.为研究温度对索力的影响程度,对拉索索力进行测量,得到全天索力变化情况.结合施工仿真计算和实测结果,提出了结构的预应力施工技术和特点.     

基于正弦激振的多频率拟合法测在役拉索索力

大跨度预应力结构健康监测中在役预应力索力的测试识别精度关系到整个结构的安全,测试在役钢索索力有频率法、磁通量法等多种方法且各有特点,频率法的基频不易识别,磁通量法标量不准且操作繁杂。据此采用基于正弦激振的多频率拟合方法测试在役索力,建立多跨索振动模型和索力优化识别模型,以索力测量试验和某张弦梁结构的展览馆为实例,采用正弦多频率拟合法拾取多阶频率并进行优化分析。结果表明,对拉索施加正弦激振获得的多阶频率进行拟合优化计算比一般计算公式法计算的索力更接近实测索力,并且拉索的长径比在100以内的索力测量中,多频率拟合法的优势更明显,为基于正弦激振的多频率拟合法提供了依据。     

南京会议展览中心张弦梁索力测试研究

为了准确控制施工过程中张弦梁结构预应力索的张拉力值,采用磁通量法对南京会议展览中心进行不同施工阶段的索力测定.根据测试数据绘制了不同温度下实测索力和电压的关系曲线,并通过实测值与设计值的比较分析了施工方案、初始态、温度及预应力损失对张弦梁索力影响.测试结果表明,张弦梁索力影响因素众多,磁通量法作为一种精确、高效、简便的拉索张力检测的方法,能为结构设计提供可靠的试验数据和理论依据.     

广州珠江新城西塔主塔楼环向预应力拉索施工技术

广州珠江新城西塔主塔楼外筒采用新型斜交网格柱体系,为改善结构整体受力性能,在外筒节点层处设置闭合的环向预应力索箍.考虑到环向预应力拉索体系具有索体较重、索长较长、索力较大、布置位置较高等特点和难点,确定了适合本工程的预应力拉索总体施工流程,介绍拉索安装和张拉的技术要点,并重点提出拉索张拉的基本原则、顺序和索力控制程序等.实践结果证明本施工方案的可行性.     

拉索索力测试技术与抗弯刚度研究进展

近年来,预应力钢结构在国内外发展迅猛,拉索作为预应力钢结构中的关键构件,其特性对预应力钢结构的成形、受力及整体稳定起着决定性的作用.在分析提出背景和研究必要性的基础上,简述了国内外现有的测量拉索索力的主要方法,并对各种测试方法的特点进行了分析总结,频率法为最常用的索力测试方法;对频率法测索力的原理以及抗弯刚度和边界条件对其影响的研究现状进行了阐述;介绍了拉索抗弯刚度的研究现状,提出了针对拉索抗弯刚度这一频率法中关键因素的研究内容,为进一步研究拉索抗弯刚度以及频率法索力测试技术创造了一定的条件.     

单层双向正交索网结构索长误差敏感性分析及控制限值研究

单层双向正交索网结构是由两个方向正交拉索组合而成的索网体系.结构施工偏差和构件加工误差引起的索长误差会改变结构的形状从而改变索力,因此索网结构施工控制,首先应将索长误差控制在一个可接受的范围内,使之对结构响应的影响最小.以国家速滑馆大跨度单层双向正交索网结构为工程背景,研究了由于拉索索长误差引起结构成形态的索力与理论值偏差问题,使用有限元软件MIDAS Gen研究了单根拉索的误差敏感性.研究了单根拉索在不同误差取值下索力的变化规律和同时存在的多根拉索误差对索力的影响,并根据统计学原理制定了拉索的误差控制限值,最后通过现场实测数据验证了该限值的正确性.     

几种索力计算公式在短、长索中应用精度比较

在斜拉桥中斜拉索索力的准确与否直接关系到主梁的线形,乃至施工安全.因此,在施工中必须确保索力测试结果正确可靠.对拉索索力影响较大的参数有斜拉索计算长度,拉索振动基频,索的重力集度.通过对现有的索力计算公式进行实测数据比较,拉索长度范围从100多米到500多米,对不同的公式采用短、长索计算索力,并且对其计算精度进行讨论和研究.给出不同索长时采用哪种公式计算比较方便而且具有较高的精度.     

巨型钢框架-预应力拉索支撑结构施工方案比较分析

为研究巨型钢框架-预应力拉索支撑结构施工,设计了8种施工方案。对8种施工方案下结构的变形和内力以及索力作对比分析,同时将上述结果与一次性加载方案进行比较分析。结果表明:结构内力和变形以及索力因施工方案的不同而有差异;部分方案下结构内力和变形以及拉索内力较小。分析结果可为巨型钢框架-预应力拉索支撑结构的施工提供参考。     

基于频率法的单索玻璃幕墙索力测试研究

本文以某机场T3A航站楼建设项目为研究背景,对张拉后尚未安装接驳爪及玻璃面板的预应力单索幕墙拉索进行了现场实测。对所获得的振动时域数据进行频谱分析,利用现有的频率法理论计算公式得到索力,将其与压力表测试法得到的索力进行比较,结果表明:现有的频率法理论计算公式不宜直接运用于幕墙拉索的索力测试,否则将会导致所测得索力出现较大偏差。通过采用比对的方法对现有计算单索幕墙索力的频率法进行修正,修正后精度有明显改善,为类似的索力测试提供参考。     

800m超大跨巨型斜拉下穿索承网格结构拉索布置及参数分析研究

对适用于800m超大跨度的巨型斜拉下穿索承网格结构的预应力系统进行了优化研究,提出并对比设置不同数量斜拉索的布置方案,得到较为合理的拉索布置方式.分析了下穿拉索方式对结构性能的影响,下穿拉索通过撑杆为中部结构提供弹性支承,使中部网格结构受力均匀.提出索承内拉环的改善方案,显著降低内拉环索力.采用逆迭代法对结构进行找形分析,获得合理的拉索初始预应力分布,有效控制结构初始态的位移.对不同的拉索初始预应力度进行对比分析,研究表明初始预应力降低会使结构刚度显著降低,但并不能降低拉索用量.最后对比分析了钢拉索和碳纤维增强复合材料拉索对结构性能的影响.     

基于频率测试标定张弦结构拉索索力研究

张弦结构的拉索索力识别对拉索甚至整个结构的性态鉴定和可靠性评估具有重要意义,因此对索力的测试尤为重要.频率法是目前广泛采用的索力测量方法,但索力识别理论的研究成果主要集中在单跨索方面,而对于张弦结构中多跨拉索的索力测量方法研究很少.针对张弦结构中拉索索力识别,选取了6种基于频率的单索索力实用计算公式进行误差分析.分析结果表明,对于工程中大量采用的短粗拉索及边界条件不确定的张弦结构拉索,现有各种方法都难以进行精确有效的索力测量,因此有必要对张弦结构的索力与频率的关系进行研究.本文提出一种基于拉索一阶频率测试标定张弦结构拉索索力的方法,该方法与6种单索索力实用计算公式结果进行误差对比分析,结果表明该方法能够满足张弦结构的索力测试精度要求.     

基于深度学习的建筑用短粗拉索索力智能识别

准确识别拉索的索力大小对评估预应力结构的健康状态具有重要意义。频率振动法可以较精确地测量桥梁结构中细长拉索的索力，但对建筑用短粗拉索的索力测量精度较低。为此，对建筑中常用的密闭索及高钒索开展在预应力作用下的动态响应试验，以获取拉索在不同索力下的动态响应数据，基于试验数据提出了可智能识别建筑用拉索索力的深度学习模型。模型以采集的原始频谱数据及拉索各项几何参量为特征输入，采用多通道融合的1D卷积神经网络(CNN)及深度神经网络(DNN)。分析结果表明：训练后的模型在测试集上识别的索力值与实际索力值间的平均绝对误差值仅为5.05%,均方误差值仅为0.35%;在测试集随机的6个取样点上索力值的决定系数为0.985 4,索力误差均小于10%。与已有索力计算实用公式和机器学习算法进行对比，由索力误差百分比及决定系数的评估结果发现所提出的深度学习模型的索力识别精度更高。     

数字孪生驱动的预应力拉索索力智能预测方法研究

针对拉索张拉过程中索力预测精度和智能化程度低的问题,提出了数字孪生驱动的预应力拉索索力智能预测方法。根据对拉索张拉的研究现状,分析了影响拉索索力的主要因素,总结了当前预应力拉索索力预测的方法。在智能预测闭环控制的理论框架下,探索了数字孪生驱动的预测维护方法。在此基础上,搭建了基于数字孪生的融合型预测方法框架,并探索了融合型预测维护方法的实施流程,通过数据的融合由工况参数预测出拉索的索力。针对轮辐式索桁架进行案例分析,验证了该方法的有效性。由数字孪生驱动的预应力拉索索力智能预测方法可以由工况参数直接预测索力的状态,提高了预应力钢结构安全评估的精确性和智能化。     

广州海心沙体育场大跨度悬挑钢顶篷斜拉索施工技术

对珠江新城海心沙体育场大跨度悬挑钢顶篷斜拉索进行施工模拟、施工技术介绍和施工监测。采用有限元软件SAP2000对钢顶篷斜拉索施工过程进行模拟分析;施工模拟结果指导斜拉索施工及其预应力的张拉过程;斜拉索施工监测以监测钢顶篷构件的应力、索力和结构的位移为主,监测结果表明钢顶篷结构是安全的;模拟分析理论值与实测数据吻合较好,表明钢顶篷结构预应力施工过程的有限元模拟分析计算模型和方法的正确性。     

大开口索承网格结构施工过程分析与现场实测研究

大开口索承网格结构是近年来提出的一种新型屋面结构形式,其预应力施工过程相当复杂。以在建的巴中体育中心项目为背景,结合实际工程探讨了大开口索承网格结构的组成要点,依据实际工程的张拉方案提出采用改进的张力补偿法得到不同张拉阶段拉索施工预应力控制值,建立了有限元分析模型,进而得到结构在不同张拉阶段的索力及节点位移。分析结果表明：拉索索力模拟值与设计值吻合较好,斜撑安装完成后,环向索最大索力及最小索力相同。同时对施工张拉过程进行现场监测,模拟值与实测值基本吻合。研究结果表明,采用改进的张力补偿法可以有效模拟不同张拉阶段拉索施工预应力控制值,对索承网格结构预应力张拉施工有较好的参考价值。     

2008奥运会羽毛球馆预应力损失对结构体系影响分析

2008奥运会羽毛球馆弦支穹顶结构采用张拉环索的方式进行预应力施工。由于加工制作安装技术难度大,环索与撑杆相连的下节点之间的实际预应力损失比设计取值偏大,引起环索各段索力不均。本文通过在环索节点和撑杆下节点间耦合自由度并增加变刚度弹簧单元来模拟预应力张拉时环索带摩擦滑移,利用此方法可以在有限元模型中模拟施工监测得到的各段环索预应力损失;在此基础上进一步分析了预应力损失对弦支穹顶结构的内力、变形以及整体稳定的影响。研究表明:预应力损失造成径向拉杆内力发生大幅度变化;造成钢网壳内力分布不均匀;对结构的整体变形影响不大,只是使同圈的结构变形不均匀;使结构的整体稳定性能下降20%左右。     

安装阻尼器拉索索力测试方法研究

接触式频率法索力测试技术已普遍应用于拉索结构的索力测试中,测试结果能够满足一定精度的要求。但也存在不足:由于接触式频率测试方法需要人工布设加速度传感器,测试的效率不高;在对长索结构进行索力测试时,由于难以将传感器布置在拉索结构中部,测试结果与真值之间往往存在一定的误差;在对安装减振阻尼器的拉索进行索力测试时受其影响较大,测试结果存在一定的不确定性。毫米波雷达测试方法是一种高精度非接触式的测量技术,通过对拉索不同位置的实际测量结果进行对比分析,给出毫米波雷达测试拉索索力的合理位置,对其以后在工程实践中的应用具有借鉴意义。     

Analysis on single-layer hyperbolic cable net structure schemes of stadium roof

为满足某体育场屋盖采用马鞍面单层索网结构的需求，提出轮辐式单层索网结构和无内环单层索网结构两种方案。基于方案的外形、构件和节点设计信息，比较两种方案下的拉索、索端锚具和大型索夹节点用量等经济指标。利用有限元分析软件Midas/Gen建立模型，分析两种方案在静力荷载作用下的位移和索力，对比两种方案的结构整体刚度、索力大小和索力分布均匀性。利用有限元分析软件Ansys/Ls-dyna建立模型，采用拆除构件法分析两种方案断索后的动力响应，研究两种方案抗连续倒塌性能。结果表明：无内环方案的拉索、索端锚具、大型索夹节点用量均显著少于轮辐式方案的，经济性更好；无内环方案的刚度较大，整体性好，索力较小且索力分布更均匀；无内环方案断索后仍保持形状稳定且索力损失不明显，抗连续倒塌性能更好。