一种基于敏感度反馈进行索承网格屋盖反张拉施工的方法与流程

本发明涉及索承网格屋盖施工，具体涉及一种基于敏感度反馈进行索承网格屋盖反张拉施工的方法。

背景技术：

1、索承网格屋盖结构常用于大型体育场、会展中心等大跨度建筑屋盖。该类结构通常包括压环桁架、环向索、径向索、索夹、撑杆、支承节点、上部屋盖钢结构等。对于轮辐式索承网格屋盖，环向索和径向索形成主要受力索网，压环桁架作为索网边界，索网在施工阶段的位形和索力状态直接影响后续屋盖钢结构安装精度以及最终成形状态。

2、传统索承网格屋盖施工通常依赖胎架、支撑架或临时支承体系进行安装。该方法施工控制相对直观，但对于大型体育场屋盖，临时措施用量大、搭拆周期长、场地占用多，并且容易影响看台、幕墙、机电等专业交叉施工。为减少临时支撑，现有技术中已经提出了多种无胎架或少胎架施工方法，例如先铺放环向索和径向索形成索网结构，再通过提升工具提升索网；或者利用下拉索、配重索、竖向施工拉索、反力架装置等临时构件对索网节点进行下拉或反张拉；也有技术方案采用分区施工、分批张拉、有限元模拟分析或利用上部钢结构自重使索网节点逐步接近设计标高。

3、现有方法能够在一定程度上减少支架措施量，降低施工成本，并解决索网提升、上部结构安装或临时支承替代的问题。但是对于先索后钢施工过程中的反张拉成形精度控制而言，现有方法多侧重于施工顺序、临时拉索或反力装置布置、结构提升方式、理论张拉力计算或控制节点达到预定标高等方面，通常没有形成以现场实测数据为基础的全过程闭环控制方法。特别是当索网在屋盖钢结构安装前已经先行张拉成形时，其施工阶段受力状态与最终成形状态并不完全一致，若仅按照理论张拉力、单一索力指标或少数控制节点标高进行控制，容易造成后续屋盖钢结构安装时节点标高、高差或空间位置不匹配，进而影响构件就位、连接精度和施工安全。

4、实际施工中，索承网格屋盖反张拉成形控制涉及以下问题：

5、一、索夹标高与索夹间高差需要协同控制。施工中不仅需要控制单个环向索索夹或径向索索夹标高，还需要控制相邻环向索索夹之间的高差、同一径向索上索夹间的高差以及径向索索夹与相邻环向索索夹之间的高差。上述高差直接关系到屋盖钢结构能否顺利安装就位，仅控制单点标高或单根索力难以保证整体安装匹配性。

6、二、现场测量点与模型控制点不完全一致。现场通常测量的是构件表面点，实际有限元模型控制的是中心点，若直接将现场测点坐标作为模型控制点使用，或只进行简单坐标比对，实测数据与理论控制值之间可能存在对应误差，进而影响成形偏差判断和反张拉调整量计算。

7、三、不同施工阶段的结构响应差异明显。在索网反张拉成形过程中，调整单个下拉索时，索夹标高、支承节点位移和索力会发生联动变化，在环向索分级反张拉、径向索分级反张拉和屋盖钢结构安装阶段，索网集合状态、结构刚度、边界约束均会发生变化。以往施工往往采用固定参数或主要依赖现场经验，难以保证调整精度。

8、四、现有技术虽然可以通过有限元分析或施工经验确定张拉顺序、理论张拉力或控制节点目标标高，但通常未建立反张拉控制量与索夹标高、索夹间高差、索力及支承节点位移之间的阶段敏感度关系，也未利用现场每一级反张拉后的实测响应对该敏感度关系进行动态修正。因此，当现场结构响应与理论模型存在差异时，施工调整往往缺少可量化的反馈依据，容易出现理论上应调整到位而现场响应不足或过量的情况。

9、五、关键施工阶段缺少基于实测偏差的模型修正触发机制。当现场实测索力、支承节点位移或索夹标高与有限元分析结果差异较大时，应及时修正模型参数并重新找形。现有施工方法中虽然可能使用有限元模拟进行施工前分析，但通常缺少将现场复测数据、阶段敏感度参数和模型修正条件结合起来的明确流程，导致后续施工控制基准可能持续偏离真实结构响应。

10、因此，在已有无胎架施工、索网提升、临时下拉索反张拉、分批张拉和有限元施工模拟技术基础上，仍有必要提出一种以施工阶段敏感度参数为计算核心的反张拉成形精度控制方法来实现精确控制。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于敏感度反馈进行索承网格屋盖反张拉施工的方法，解决了索承网格屋盖先索后钢施工过程中，反张拉控制量与索网成形响应之间缺少可量化敏感度关系，以及该敏感度关系不能随现场实测响应动态修正的问题，使索网反张拉成形控制由理论计算值或经验控制转化为基于敏感度参数的现场实测闭环控制。

2、本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

3、一种基于敏感度反馈进行索承网格屋盖反张拉施工的方法，包括以下步骤，

4、s1，构建控制表：根据施工阶段k、响应控制节点i、反张拉控制组j、控制量δq、控制响应δr、敏感度参数s和偏差参数e构建控制表；

5、s2，获取初始敏感度：通过有限元分析获取控制节点在k阶段的理论敏感度参数s理论，

6、s理论=δr理论/δq理论，

7、s3，获取实测偏差：对施工结构进行实际测量，计算出k阶段的偏差参数e；

8、s4，计算反张拉调整量：通过理论敏感度参数s理论和偏差参数e计算出k阶段的反张拉调整量δq，

9、min‖w·［s理论（k）·δq（k）+e（k）］‖²，

10、其中，

11、w为：控制响应δr中控制指标的权重矩阵，

12、s理论（k）为：k阶段的理论敏感度参数矩阵，

13、e（k）为：k阶段的偏差参数向量；

14、s5，反张拉施工：进行k阶段的反张拉施工；

15、s6，敏感度修正：采集k阶段反张拉施工中的实际控制量δq实际和实际控制响应δr实际，并计算出k阶段的实测敏感度参数s实测，基于实测敏感度参数s实测和理论敏感度参数s理论计算出修正敏感度参数s修正；

16、s修正=αs理论+（1-α）s实测，

17、式中，α为理论敏感度参数与实测敏感度参数的融合权重；

18、s7，参数修正：在控制表中使用修正敏感度参数s修正替代理论敏感度参数s理论，用于k+1阶段的反张拉施工；

19、s8，重复施工：获取k+1阶段的偏差参数e，根据修正敏感度参数s修正和k+1阶段的偏差参数e计算出k+1阶段的反张拉调整量δq，按照反张拉调整量δq进行此阶段的反张拉施工；

20、按照s6- s8进行重复施工，直至当前区域反张拉完成。

21、进一步地，步骤s1中，所述反张拉控制组j为下拉索，所述响应控制节点i为索夹，所述响应控制节点i和反张拉控制组j一一对应，所述控制量δq为下拉索的反张拉长度变化量，所述控制响应δr的控制指标包括索夹标高变化量、索夹间高差变化量、支承节点位移变化量、索网索力变化量和支承节点滑移变化量，控制响应δr以索夹标高变化量和索夹间高差变化量为主控制指标，支承节点位移变化量、索网索力变化量和支承节点滑移变化量为辅控制指标。

22、进一步地，单项控制指标的敏感度参数s为，

23、s＿ij（k，p、q）=δr＿i，p（k）/δq＿j，q（k），

24、其中，

25、k为：施工阶段，

26、p为：响应控制点所在区域，

27、q为：反张拉控制组所在区域，

28、i为：响应控制点编号，

29、j为：反张拉控制组编号；

30、进行下拉索的反张拉时，同步影响本区域和其他区域，对不同区域的控制响应δr的影响为，

31、δr＿i，p（k）=σs＿ij（k，p、q）·δq＿j，q（k），

32、其中，

33、δr＿i，p（k）为：第 k 阶段 p 区域第 i 响应点的结构响应变化量，

34、δq＿j，q（k）为：第 k 阶段 q 区域第 j 控制组的控制量变化量，

35、s＿ij（k，p、q）为：第 k 阶段 q 区域第 j 控制组对 p 区域第 i 响应点的敏感度参数；

36、当p=q时，表示反张拉操作对本区域的控制响应的影响，当p≠q时，表示反张拉操作对其他区域的控制响应的影响。

37、进一步地，步骤s2中，在有限元分析中模拟进行下拉索的反张拉操作得到理论控制量δq理论和理论控制响应δr理论，并计算出理论敏感度参数s理论。

38、进一步地，步骤s3中，偏差参数e包括索夹标高偏差、索夹间高差偏差、支承节点位移偏差、索网索力偏差和支承节点滑移偏差，并分别与索夹标高变化量、索夹间高差变化量、支承节点位移变化量、索网索力变化量和支承节点滑移变化量相对应。

39、进一步地，步骤s4中，权重w根据控制响应δr中控制指标的允许偏差确定，

40、w＿i=1/δ＿i²，

41、其中，

42、w＿i为：第 i 个控制指标的权重，

43、δ＿i²为：第 i 个控制指标的允许偏差。

44、进一步地，步骤s7中，在修正敏感度参数s修正超出阈值时，对有限元模型进行修正，并重新获取理论敏感度参数s理论。

45、本发明有益效果如下：

46、先通过有限元分析建立反张拉控制量与结构响应之间的初始敏感度参数，再通过现场实测数据修正敏感度参数，并利用修正后的敏感度参数反算下一步反张拉控制量，来保证反张拉控制的精确，通过不断修正保证了全施工过程的精确控制，并使得索网能够尽可能的反张拉至设计位形，进而保证屋盖结构安装时的精确；

47、采用多个控制参数的整体协调控制，进而保证了索网整体施工时的精确性和匹配性，并且在不同阶段设定不同的权重进行控制，解决不同施工阶段控制响应差异较大的缺陷，保证控制响应更符合施工要求；

48、考虑成形偏差，并将其与敏感度参数一同用于反张拉控制量的计算，进一步地提升反张拉控制的精度。