一种屋盖卸载过程中变形、应力同步控制方法技术

一种屋盖卸载过程中变形、应力同步控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、有限元分析；步骤2、确定初始传感器布设节点；步骤3、确定传感器最优截面布设位置；步骤4、获取钢结构变形、应力实时数据；步骤5、实时更新有限元模型；步骤6、预测下一卸载阶段的变形、应力数据；步骤7、更新卸载方案：根据步骤六的预测结果更新卸载方案，并在应力和变形接近阈值的构件处及时采取加固措施较传统方法具有更高的精度；本发明专利技术中变形、应力同步控制方法简单易于操作、成本低廉。

A synchronous control method of deformation and stress during roof unloading

【技术实现步骤摘要】
一种屋盖卸载过程中变形、应力同步控制方法
本专利技术涉及屋盖卸载控制
，具体涉及一种屋盖卸载过程中变形、应力同步控制方法。
技术介绍
在体育馆、厂房等大型建筑结构中，钢结构屋盖由于自重轻、能承受悬吊看台等荷载而得到广泛应用。由于此类结构尺寸大、构件设计复杂，往往无法一次性吊装到位，多借助临时支撑进行拼装，待结构整体成形后再逐步卸除临时支撑上的荷载并将其拆除。而在临时支撑的卸载过程中，结构和临时支撑的受力会逐渐转移、内力发生重分布，直接影响到结构的初始内力、变形，使用阶段的性能甚至使用寿命，因此需采用分步卸载的方式降低结构卸载过程的风险。但在每一个卸载阶段，需多个支点同步卸载，否则不均匀变形或应力分布不均匀，会改变结构受力状态，使得结构难以达到预期的使用效果，因而对屋盖在卸载阶段的应力与变形进行同步控制，对保证结构安全具有重要的工程具有实际意义。传统的变形控制方法通常采用人工现场检测，应力控制方法通常采用安装应变计获取整个卸载过程中的应力数据，但人工检测方法存在一定的主观因素，且只能在卸载完成后方能进行测量，而应力控制方法虽然能获取整个卸载过程中的应变变化，但在控制实施时滞后于施工卸载，因此导致其所能使用的范围受限，同时，导致施工卸载方案调整不够及时，无法预知下一阶段的位移量，上述方法很难精准完成。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种屋盖卸载过程中变形、应力同步控制方法，要解决现有技术易受人为主观因素影响的技术问题；并解决现有技术检测方法精度不够的问题。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种屋盖卸载过程中变形、应力同步控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、有限元分析：对已安装钢结构进行有限元分析，获取已安装钢结构的初始受力状态，包括钢结构的应力分布和位移分布；步骤2、确定初始传感器布设节点：采用基于概率的方法优化传感器的数量及布设位置；步骤3、确定传感器最优截面布设位置：采用多尺度方法建立结构多尺度模型，根据步骤二中的传感器布设节点优化方法确定传感器最优截面布设位置；步骤4、获取钢结构变形、应力实时数据：采用传感器获取在落架过程中，钢结构的实时变形、应力数据，保证钢结构的安全；步骤5、实时更新有限元模型：基于步骤四获取的实时数据更新有限元模型；步骤6、预测下一卸载阶段的变形、应力数据：基于步骤五更新后的有限元模型预测下一卸载阶段的变形、应力数据；步骤7、更新卸载方案：根据步骤六的预测结果更新卸载方案，并在应力和变形接近阈值的构件处及时采取加固措施。进一步优选的，还包括步骤8验证卸载方案，在下一卸载阶段过程中，通过计算机分析传感器测试数据，验证更新后的卸载方案是否达到了理想效果。进一步地，所述步骤2包括以下步骤：步骤21、基于鲁棒性方法确定传感器布设的若干个关键节点：根据钢结构有限元分析结果，选取构件或节点应变能比较大的节点作为关键节点或杆件；钢结构分为多个节点和杆件，在初始状态下选取所有杆件或节点，通过重复删除每根杆件，假如当前删除第i根杆件，通过下列公式计算Imn、Jm的具体值，删除每根杆件都有一个特定的Imn、Jm，通过排列，对于Imn、Jm比较大的杆件或节点，认为此节点为结构的关键节点或杆件，Imn、Jm计算方式如下：钢结构处在弹性阶段时，根据能量守恒原理，假定外荷载所做功之和等于内部应变能的增长，则节点或杆件的应变能向量U可表示如下：U＝0.5FTD(1)式中，U为节点或杆件的位移向量，F为节点或杆件的外力向量；其中：D＝K-1F(2)F＝FmaxV(3)式中，V为荷载分布向量，Fmax为最大荷载数，K为结构刚度矩阵；将式(2)、(3)带入式(1)中可得：U＝0.5FmaxVTK-1V(4)定义Kstru为结构的广义刚度，且满足因此在考虑外力作用下，结构应变能可改写成如下形式：引入结构重要性系数I：I＝1-Kstru'f/Kstru'0(6)式中，Kstru'0表示无构件失效情况下的广义刚度，Kstru'f表示有构件失效情况下的广义刚度。对(5)式进行求逆，可得：再将(7)式带入(6)式可得重要性系数与结构应变能的关系：I＝1-U0/Uf(8)式中，U0无构件失效情况下的结构应变能，Uf有构件失效情况下的结构应变能。由于与节点相连的构件越多，其重要性越大，因此节点的重要性系数定义如下：式中，Jm为第m个节点的重要性系数；Imn为第n根构件的重要性系数，am为与第m个节点相连的构件总数；步骤22、基于概率优化方法从步骤21中的若干个关键节点中确定最终传感器布设节点；假定每一个传感器在实际应用中是一个概率覆盖模型，覆盖半径为r，基于概率的优化算法目的是为了将传感器布设在能够覆盖到最多结构响应信息的地方，节点被传感器所监测到的概率受到结构反应和传感器和其能检测到的节点的空间距离的影响，随着传感器和其能检测到的节点间距离d的增加，节点被传感器所监测到的概率逐渐降低，利用结构响应与空间距离，可得到概率Pij的计算式：式中，Pij表示当在节点j布设传感器时，节点i能被监测到的概率大小；ui、uj表示假如在节点j布设传感器时，节点j、i当前的结构响应信息；umax、umax表示结构响应信息的最大和最小值；dij为节点i和节点j的空间距离；假定在节点i处设置传感器，测得结构反应信息为ui，则假设节点j处可推导出的结构反应信息uj的概率为Pij：若Pij≥1，则舍去此Pij的值结合式(9)和(10)，可确定出监测半径r的范围为：由于共有Np个可配置传感器的关键节点，则Pij的个数有个，在计算r时需满足：1、节点i、j之间的距离d应确定一个上限；2、若r超过结构整体长度即舍去此r值。假定结构具有n*个节点，m*个传感器，对于节点i而言，所有传感器同时监测到节点i的联合概率密度pi为：则优化问题的目标函数即可定义如下：对不同的节点，利用上式进行重复计算，即可获取每个节点相应的联合概率密度，再对所有节点的监测概率大小进行排序，在满足传感器优化目标N之前的所有节点进行保留，其余节点进行删除。当优化目标达到预设值N时，计算相应的联合概率值PN；同时优化目标更新至N+1，重复计算式(13)～(14)，如果PN+1>PN，则删除PN，保留PN+1，并继续更新N+2，直至优化目标N达到结构自由度上限，若N+2为结构自由度上限，则N+2即为最终传感器布设节点个数。进一步地，所述步骤3具体包括以下内容：根据已获取的最优布置测点，在布置测点一定范围内的有限元模型中建立细部模型，其余远离测点处仍采用传统的宏观杆系模型，然后根据应力连续法进行不同尺度的耦合形成多尺度有限元模型，其中节点应力传递函数需满足下式(15)、式(16)和式(17)，从而满足位移或应力的连续性，保证整个结构的稳定性；(1)轴向约束式假定合理屋盖结构划分网格后，单元在连接面呈现的近似为一维线性梁单元，两个端点分别定义为a与b，式中，A为跨尺度界面实体单元或壳体单元的截面面积，li为第i个单元的长度，t为截面厚度，M为单元数量，uzi,a为第i个单元a端点的轴向位移，uzi,b为为第i个单元b端点的轴向位移，Nzi,a为第i个单元a端点的形函数，Nzi,b为第i个单元b端点的形函数，ξ为一维拉格朗日中的参数，-1<ξ<1。(2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种屋盖卸载过程中变形、应力同步控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、有限元分析：对已安装钢结构进行有限元分析，获取已安装钢结构的初始受力状态，包括钢结构的应力分布和位移分布；步骤2、确定初始传感器布设节点：采用基于概率的方法优化传感器的数量及布设位置；步骤3、确定传感器最优截面布设位置：采用多尺度方法建立结构多尺度模型，根据步骤二中的传感器布设节点优化方法确定传感器最优截面布设位置；步骤4、获取钢结构变形、应力实时数据：采用传感器获取在落架过程中，钢结构的实时变形、应力数据，保证钢结构的安全；步骤5、实时更新有限元模型：基于步骤四获取的实时数据更新有限元模型；步骤6、预测下一卸载阶段的变形、应力数据：基于步骤五更新后的有限元模型预测下一卸载阶段的变形、应力数据；步骤7、更新卸载方案：根据步骤六的预测结果更新卸载方案，并在应力和变形接近阈值的构件处及时采取加固措施。

【技术特征摘要】
1.一种屋盖卸载过程中变形、应力同步控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、有限元分析：对已安装钢结构进行有限元分析，获取已安装钢结构的初始受力状态，包括钢结构的应力分布和位移分布；步骤2、确定初始传感器布设节点：采用基于概率的方法优化传感器的数量及布设位置；步骤3、确定传感器最优截面布设位置：采用多尺度方法建立结构多尺度模型，根据步骤二中的传感器布设节点优化方法确定传感器最优截面布设位置；步骤4、获取钢结构变形、应力实时数据：采用传感器获取在落架过程中，钢结构的实时变形、应力数据，保证钢结构的安全；步骤5、实时更新有限元模型：基于步骤四获取的实时数据更新有限元模型；步骤6、预测下一卸载阶段的变形、应力数据：基于步骤五更新后的有限元模型预测下一卸载阶段的变形、应力数据；步骤7、更新卸载方案：根据步骤六的预测结果更新卸载方案，并在应力和变形接近阈值的构件处及时采取加固措施。2.如权利要求1所述的一种屋盖卸载过程中变形、应力同步控制方法，其特征在于，还包括步骤8验证卸载方案，在下一卸载阶段过程中，通过计算机分析传感器测试数据，验证更新后的卸载方案是否达到了理想效果。3.如权利要求1所述的一种屋盖卸载过程中变形、应力同步控制方法，其特征在于，所述步骤2包括以下步骤：步骤21、基于鲁棒性方法确定传感器布设的若干个关键节点：根据钢结构有限元分析结果，选取构件或节点应变能比较大的节点作为关键节点或杆件；钢结构分为多个节点和杆件，在初始状态下选取所有杆件或节点，通过重复删除每根杆件，假如当前删除第i根杆件，通过下列公式计算Imn、Jm的具体值，删除每根杆件都有一个特定的Imn、Jm，通过排列，对于Imn、Jm比较大的杆件或节点，认为此节点为结构的关键节点或杆件，Imn、Jm计算方式如下：钢结构处在弹性阶段时，根据能量守恒原理，假定外荷载所做功之和等于内部应变能的增长，则节点或杆件的应变能向量U可表示如下：U＝0.5FTD(1)式中，U为节点或杆件的位移向量，F为节点或杆件的外力向量；其中：D＝K-1F(2)F＝FmaxV(3)式中，V为荷载分布向量，Fmax为最大荷载数，K为结构刚度矩阵；将式(2)、(3)带入式(1)中可得：U＝0.5FmaxVTK-1V(4)定义Kstru为结构的广义刚度，且满足因此在考虑外力作用下，结构应变能可改写成如下形式：引入结构重要性系数I：I＝1-Kstru′f/Kstru′0(6)式中，Kstru'0表示无构件失效情况下的广义刚度，Kstru'f表示有构件失效情况下的广义刚度。对(5)式进行求逆，可得：再将(7)式带入(6)式可得重要性系数与结构应变能的关系：I＝1-U0/Uf(8)式中，U0无构件失效情况下的结构应变能，Uf有构件失效情况下的结构应变能。由于与节点相连的构件越多，其重要性越大，因此节点的重要性系数定义如下：式中，Jm为第m个节点的重要性系数；Imn为第n根构件的重要性系数，am为与第m个节点相连的构件总数；步骤22、基于概率优化方法从步骤21中的若干个关键节点中确定最终传感器布设节点；假定每一个传感器在实际应用中是一个概率覆盖模型，覆盖半径为r，基于概率的优化算法目的是为了将传感器布设在能够覆盖到最多结构响应信息的地方，节点被传感器所监测到的概率受到结构反应和传感器和其能检测到的节点的空间距离的影响，随着传感器和其能检测到的节点间距离d的增加，节点被传感器所监测到的概率逐渐降低，利用结构响应与空间距离，可得到概率Pij的计算式：式中，Pij表示当在节点j布设传感器时，节点i能被监测到的概率大小；ui、uj表示假如在节点j布设传感器时，节点j、i当前的结构响应信息；umax、umax表示结构响应信息的最大和最小值；dij为节点i和节点j的空间距离；假定在节点i处设置传感器，测得结构反应信息为ui，则假设节点j处可推导出的结构反应信息uj的概率为Pij：若Pij≥1，则舍去此Pij的值结合式(9)和(10)，可确定出监测半径r的范围为：由于共有Np个可配置传感器的关键节点，则Pij的个数有个，在计算r时需满足：1、节点i、j之间的距离d应确定一个上限；2、若r超过结构整体长度即舍去此r值。假定结构具有n*个节点，m*个传感器，对于节点i而言，所有传感器同时监测到节点i的联合概率密度pi为：则优化问题的目标函数即可定义如下：对不同的节点，利用上式进行重复计算，即可获取每个节点相应的联合概率密度，再对所有节点的监测概率大小进行排序，在满足传感器优化目标N之前的所有节点进行保留，其余节点进行删除。当优化目标达到预设值N时，计算相应的联合概率值PN；同时优化目标更新至N+1，重复计算式(13)～(14)，如果PN+1>PN，则删除PN，保留PN+1，并继续更新N+2，直至优化目标N达到结构自由度上限，若N+2为结构自由度上限，则N+2即为最终传感器布设节点个数。所述步骤3具...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晔，邓星河，李鹏，李鸿，唐威，薛锐，
申请(专利权)人：中建一局集团建设发展有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11