空间预张力结构施工误差的监测、识别和修正理论

The construction errors are inevitable in the real cable-bar tensile structures. Nevertheless, the construction error evaluation, monitoring, discrimination and compensation are still in infancy. Therefore, theoretical analysis and model experiment were carried out in this study to develop a precise construction error control method for the cable-bar tensile structures. Firstly the cable-length deviation model was formulated based on the stochastic theory and the unified fundamental equations of pretention deviation and construction error was derived, where the other construction errors, such as node location deviation, can be transformed and expressed as length deviation model. Then the fundamental equations of monitored members pretention deviation and construction error were derived, which can help to determine the monitoring number. The monitoring location also can be determined with the help of the error sensitivity analysis method. Then the fundamental equations of monitored members pretention deviation and active cable length error were derived, which can help to discriminate the error source. At last, the compensation of pretension based on measurement data and discrimination results.

本课题针对实际预张力结构工程中普遍存在的施工误差同时又缺乏有效的误差评价、监测、误差来源的识别及相应的修正理论现状，采用理论分析和模型试验相结合研究方案，探索预张力结构施工误差的精确控制理论。首先基于随机理论构建由长度误差统一表示的各施工误差的误差模型，推导预张力偏差与施工误差的统一基本关系；然后建立测点预张力偏差与施工误差基本关系，基于误差有效修正之目的提出最少监测点数量及基于误差敏感性分析的测点位置的确定方法；进而构建测点预张力偏差与主动索长误差的基本关系，提出仅由主动索长误差引起、同时由主动索和被动索长误差引起、同时由杆件长度误差及其他误差引起的识别方法；最后基于最小二乘法等理论，提出基于实测数据及误差来源识别结果的预张力偏差修正技术。

针对实际空间预张力结构工程中普遍存在的施工误差同时又缺乏有效的误差评价、监测、误差来源识别及相应的修正理论现状，采用理论分析和试验模拟相结合方案，研究预张力结构施工误差的精确控制理论。（1）首先基于随机理论和可靠度理论构建各种施工随机误差数学模型，将温度偏差、支座节点误差转化为杆件长度误差，建立了预张力偏差与杆件长度误差的基本关系，在此基础上，采用蒙特卡罗模拟法评价了基于各种随机分布的各种施工误差的误差敏感性；（2）基于预张力偏差与杆件长度偏差基本关系构建测点预张力偏差与杆件长度误差的数学关系，结合矩阵理论，提出了仅存在主动索长度误差、同时存在主动索长度误差和被动索长度误差等工况下能有效求解修正测点预张力偏差的误差修正量的最少测点数的分析方法；在此基础上，结合数理统计理论，根据各构件预张力偏差对结构所有杆件长度误差的敏感性程度排列次序，优先选择对主动索杆长度误差敏感构件作为测点布置点；（3）由测点预张力偏差与主动索长误差的数学关系中相对应的灵敏度矩阵构建增广矩阵，利用矩阵求解相关方法推导了测点预张力偏差仅由主动索长误差引起、或由主动索及被动索长度误差同时引起、或由杆件长度误差与其他施工误差同时引起的识别技术；（4）基于误差来源识别结果，再次结合矩阵理论，针对预张力偏差仅由主动索长误差引起、或由主动索和被动索长度误差引起等工况，采用最小二乘法构建了测点数量分别小于、等于和大于主动索数量时主动索长修正量的修正技术，并提出基于所有测点内力偏差和及所有节点位置偏差的修正效果评价指标；（5）最后设计加工一直径为5m的模型试验验证了各种施工误差敏感性分析、多种误差修正方案及修正效果评价等本文相关理论。.成果：发表论文16篇，其中SCI论文6篇、EI论文2篇，国内核心期刊论文8篇；申请发明专利2项；指导硕士论文2篇。.意义：研究成果可为实际空间预张力结构施工误差分析、评价、监测及修正提供理论基础。