[發明專利]基于影響矩陣修正的斜拉橋拉索張拉施工閉環控制方法

有效

• 申請號: 201710975452.5
• 申請日: 2017-10-18
• 公開（公告）號: CN107622174B
• 公開（公告）日: 2018-07-17
• 發明（設計）人: 楊大偉;呂大剛;周文松;李傳江
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;E01D11/04;E01D21/00;G06F17/16
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務所(普通合伙) 23209
• 代理人: 張偉

本發明公開了基于影響矩陣修正的斜拉橋拉索張拉施工閉環控制方法，屬于橋梁施工技術領域，其特征在于：根據張拉施工過程中索力預測量相對于實測量的誤差修正影響矩陣，繼而修正后序張拉指令。本方法為于一種閉環控制方法。方法主要步驟為：(1)基于圖紙建立模型并分析，提取各施工階段拉索索力序列向量及影響矩陣；(2)每個張拉施工階段測量拉索索力并計算索力預測誤差；(3)基于預測誤差修正影響矩陣；(4)基于系統方程重新計算張拉指令；(5)重復(2)～(4)過程直至張拉施工結束。本方法便于工程師現場應用，將現場實測索力信息反饋于結構分析，提高了斜拉橋拉索張拉施工控制的精度和效率。

技術領域

本發明涉及一種橋梁施工方法，特別涉及斜拉橋拉索張拉施工控制方法，屬于橋梁施工技術領域。

背景技術

張拉拉索是斜拉橋施工過程中一個重要施工環節。在張拉施工過程中，受張拉設備數量和操控空間的限制，通常只能實施分批張拉。一般以橫橋向同排拉索為一組，逐排同步張拉，直至按既定順序張拉完所有拉索。這是一個典型的多階段施工過程。在每排拉索張拉時，結構受力發生的變形會使已張拉拉索索力產生變化(本專利簡稱索力增量效應)。拉索之間的這種相互影響使得整個索體系在張拉過程中索力分布始終處于動態變化的狀態。為了使索力在成橋后達到設計索力水平，通常需要反復實施張拉。這種做法不但效率低下，更主要的問題是嚴重影響最終的索力分布和成橋線形，使得成橋狀態無法達到設計要求。

斜拉橋拉索張拉施工控制是工程和學術界長期以來共同關注的技術難題。在學術文獻和已公開的發明專利中均有相關的研究成果出現。發明專利《一種斜拉橋雙索同時張拉無應力狀態施工控制方法》(CN201410844478.2)以無應力狀態原理考慮了雙索同步張拉的相互影響，得出了相應的控制方法。專利《基于敏度分析的斜拉索一次張拉動態施工控制方法》(CN201710205546.4)將張拉之外的影響因素以敏度分析的方法計入控制之中。然而在已公開的成果之中，如何將索力增量效應計入控制之中尚未提出有針對性的解決方案。同時，高質量的施工控制勢必需要以現場實測數據為輔助信息用來修正初始指令，實現閉環控制。隨著索力測量技術日益成熟，如果能將實測索力信息實時反饋到控制系統中，從而提升控制質量，也成為一個重要的工程需求。

發明內容

本發明提供了基于影響矩陣修正的斜拉橋拉索張拉施工閉環控制方法。在施工控制中計入了索力增量效應，將索力預測誤差反饋于控制算法，修正了影響矩陣，實現了一種閉環控制的張拉施工方法。

橋梁施工控制的最終目的是使橋梁在成橋時達到目標狀態。這里目標一般指設計要求，包括兩方面：一是成橋索力，二是主梁的設計線形。由于環境溫度變化、施工誤差等方面因素的影響，一般不太可能實現兩方面指標精確符合設計意圖。實際的做法是，在設計中給定一個誤差范圍，比如施工實現的成橋索力相對設計索力誤差在5.0％以內即認為滿足設計要求。如前所述，拉索張拉施工的過程中，所有拉索索力都是動態變化的，即后序拉索的張拉會導致前序拉索索力產生增量，而且這一增量影響會伴隨每組拉索張拉而積累。狀態隨時間(這里指施工階段)變化的系統稱為動態系統。為描述這一動態過程，需建立描述該動態系統的方程。

斜拉橋的張拉過程可以用索力變化來描述：

T^(k+1)＝T^(k)+ΔT^(k) (k＝1，2，…，s) (1)

式中：s-1表示全部張拉階段數。張拉過程中索力共有s個狀態，施工初始時刻T⁽⁰⁾＝T₀＝0，施工終止時刻T^(s)＝T_f。再引入影響矩陣B和張拉力向量u，將ΔT^(k)＝B^(k)u^(k)代入式(1)則有：

T^(k+1)＝T^(k)+B^(k)u^(k) (k＝1，2，…，s) (2)