循环张拉作用下新型多节泡土钉抗拔性能现场试验研究

新型多节泡土钉具有拉拔硬化特征,相比传统土钉,其在土质边坡中抗拔性能更优。为了探究实际工况条件下新型多节泡土钉的边坡加固性能,并与传统土钉进行比较,开展7组新型多节泡土钉及传统土钉现场循环张拉试验,研究注浆工艺、节泡间距及埋深对土钉抗拔力及其发挥速率的影响规律,进而探明了每一循环下土钉弹、塑性拉拔位移占比,并分析其内在机理。试验结果表明:循环张拉作用下,注浆工艺对土钉的抗拔力影响显著,采用改进式压密注浆工艺和直接压密注浆工艺的土钉抗拔力远远超出传统注浆工艺,且初期的拉拔硬化现象更明显。采用改进式压密注浆工艺的土钉抗拔力发挥速率最快,直接压密注浆工艺次之,传统注浆工艺最小。从总体趋势上看,新型多节泡土钉抗拔力发挥速率在降低,传统土钉抗拔力发挥速率在升高。采用改进式压密注浆工艺虽然不能提升土钉弹性拉拔位移的占比,却能显著提高极限抗拔力;节泡间距对多节泡土钉抗拔力和抗拔力发挥速率影响较小,主要受到土钉周围土体强度的影响;埋深影响多节泡土钉的极限抗拔力,埋深越大,极限抗拔力和初始抗拔力发挥速率越大,同时抗拔力发挥速率随拉拔位移递减的趋势也更加明显。研究成果对提高新型多节泡土钉加固性能和优化工程应用提供指导。

交替提升与张拉的索穹顶结构施工优化方法

为确保索穹顶结构施工成型前索杆内力的平稳变化,提出了交替提升内拉环与张拉最外圈斜索的施工优化方法.首先,以施工过程中的平均结构应变能最小为优化目标,对内拉环的逐级提升高度进行优化;其次,通过仿真分析得到施工过程中的索杆内力和节点位移,并与仅张拉最外圈斜索的施工方法进行对比.结果表明:交替提升内拉环与张拉最外圈斜索的施工优化方法可有效减小施工过程中的索杆内力,降幅最大达61.83%,避免了施工成型前索杆内力的大幅波动,且结构位形变化较平缓,相邻施工步的竖向位移差最大为1.43 m,平均结构应变能较低,仅为55.03%,优化效果显著,验证了该优化方法对索穹顶结构施工模拟的适用性.

兰州奥体综合馆弦支穹顶结构模型预应力张拉试验研究及模拟分析

为了研究弦支穹顶结构预应力的分布特性,基于兰州奥体综合馆弦支穹顶屋盖按照1∶20制作了缩尺模型,对该模型分3级进行预应力施工张拉试验,测试了2种不同张拉顺序下模型的杆件内力及节点竖向位移变化规律,并将试验结果和MIDAS Gen数值模拟结果进行了对比分析。研究表明:对于肋环型小矢跨比弦支穹顶结构,在张拉时环索相互影响较大,张拉初期环索内力变化更明显;张拉过程中预应力的施加对环杆的影响大于对径杆的影响,最外圈环杆在张拉过程中承力占比最大,节点竖向位移在第4圈达到最大;不同张拉顺序会改变外圈杆件内力及节点位移变化趋势,从外到内分级循环张拉下部索对结构更有利。

满约束轴向拼接张拉整体结构的自稳定性分析

为获得更多张拉整体构型和拓扑结构,本文基于平衡方程,研究张拉整体拼接结构自稳定条件下的结构参数关系的求取方法。基于三杆张拉整体单元轴向拼接形成的臂状张拉整体结构,以减少结构节点约束数为目的去除索构件,获得一种新型满约束轴向拼接张拉整体结构;分析此结构的节点坐标、构件向量的求取方法,推导结构的平衡方程;依据节点和构件之间的连接关系,以获得方阵形式的平衡矩阵为目标,提出了平衡方程缩减原则;根据平衡方程有非零解,平衡矩阵行列式为零的原则,获得保证张拉整体结构自稳定的结构参数关系。通过具体实例分析,证明此方法正确,获得的结构参数关系能够保证确定的满约束轴向拼接张拉整体结构的自稳定性。

特大跨径拱桥系杆张拉优化技术分析

为提高威海石家河公园大桥这一特大跨径拱桥的结构稳定性,保障拱桥建筑施工质量,研究特大跨径拱桥系杆张拉优化技术分析。威海石家河公园大桥共采用34根吊杆,其中中拱14根吊杆,边拱20根吊杆,考虑系杆张拉顺序对质量的影响,设计2种张拉方案,方案1为先张拉两边吊杆、后张拉中间吊杆;方案2为先张拉中间吊杆、后张拉两边吊杆。采用有限元模拟2种张拉方案在施工时所产生的应力、位移变化,从而选取最佳方案。模拟分析可知:采用方案1张拉时主梁所承受应力更大,且主梁、中拱、边拱的位移明显较大,而采用方案2张拉时,可避免主梁出现严重失稳问题,还可保持较小的拱肋位移;同时方案2稳定安全系数较高,在成桥阶段方案2最大吊杆拉应力为433.0 MPa,处于1860钢绞线的安全承载范围内。可见采用先张拉中间吊杆、后张拉两边吊杆方式可有效实现系杆张拉优化。

深基坑新型张拉嵌入复合排水型锚固结构支护特性数值仿真分析

传统锚固结构很难满足软土地区深基坑工程工期紧、支护效果要求高的需求,对此提出张拉嵌入复合排水型锚固结构。通过分析新型支护结构的锚固机制得出:在基坑开挖过程中锚杆受力分为预张拉、端阻力递增和锚固作用失效3个阶段;给出了新型锚杆承载力计算方法;采用有限元软件模拟分析了新型结构的支护效果和排水特性。结果表明:新型锚杆轴力分布与普通锚杆不同,在预张拉锚头位置轴力出现陡增;相比于普通锚杆,新型锚固结构支护效果更好,能够使坡面最大水平位移减小37.2%,更有利于基坑稳定;新型锚固支护结构具有较好的排水效果,能够快速消散临空坡面附近的孔隙水压力。

基于奇异值分解张拉整体结构找形方法

张拉整体结构是由一组不连续的受压单元包含于连续受拉单元组成的稳定自平衡结构,为了寻找自平衡状态下的构型,引入奇异值分解的方法,将寻找张拉整体结构的自平衡构型问题转化为最小奇异值的判定。通过广义节点坐标和构件之间的连接关系建立结构的数学模型;引入力密度的概念,对张拉整体结构进行受力分析,列写包含平衡矩阵的平衡方程;对平衡矩阵进行奇异值分解,利用分解获得的最小奇异值判断平衡方程是否有解,对张拉整体结构是否存在自平衡构型进行初步判定,再依据获得的力密度的均匀性(同组构件力密度大小相等)和正负属性(杆的力密度小于0,索的力密度大于0)对结构自平衡状态进一步判断;通过实例分析对该找形方法的可行性进行了验证,结果表明:该方法可以找到张拉整体结构自平衡构型。本文为寻找自平衡张拉整体结构提供了一种思路。

考虑预应力松弛的张拉整体机械臂可靠性分析

柔性张拉整体结构可应用于桥梁、机械臂和深空探测等多种工程场景。以张拉整体机械臂为例,应力松弛导致的绳索预应力水平下降可能带来驱动变形响应的不确定性,从而造成结构功能失效。因此,研究绳索预应力松弛不确定性在张拉整体结构中的传播对机械臂作动位移的定量控制十分必要。然而,张拉整体机械臂可能包含数十甚至上百根绳索,采用Monte Carlo方法对设计变量进行随机抽样时将面临“维度灾难”。通过对机械臂工作服役时间引入概率模型,并结合独立同分布假设,该文从钢索预应力设计规范出发,将随机发生的预应力松弛引入了基于共旋坐标法的结构可靠性分析。该文采用基于最小角回归的稀疏混沌多项式展开(polynomial chaos expansion,PCE)方法,对张拉整体机械臂作动位移进行不确定性传播分析,实现了对结构响应概率密度分布的快速预测。针对该文研究的12杆、36绳结构,稀疏PCE方法在仅使用500次有限元模拟结果作为训练数据的情况下便能获得足够高的预测精度,很好地解决了“维度灾难”问题,提高了分析效率。在此基础上,对设计变量进行灵敏度分析,准确找出对机械臂作动位移影响最大的绳索。研究结果表明,只需对该绳索进行材料选型改进,便能够大幅提高机械臂的长时作动可靠度。该文方法可应用于张拉整体机械臂的动力学问题不确定性量化及可靠性结构优化设计。

十二杆张拉整体结构动态分析及路径规划研究

张拉整体因其区别于传统结构的特点在土木和可动结构领域有广泛的发展前景,目前学者对于多步态或更复杂的球形张拉整体研究较少,且一些传统路径规划方法不适用于多面体张拉整体结构.因此,本文采用几何方法找寻了一种多步态的十二杆球形张拉整体结构(Snub-12)的合理构型,并用找形方法进行了验证.定义并分析了Snub-12的多种基本步态和各步态形成的理论路径空间,并将其与单步态的6杆球形张拉整体结构(TR-6)进行对比,明确了两种结构运动的特点和区别.对快速搜索随机树算法进行改进并利用其产生引导路径,结合Snub-12步态组合的情况,生成适合不同场景的合理运动路径,最后通过仿真分析验证了方法的可行性和有效性.分析结果表明:同等条件下,不论是路径空间中盲区占比还是独立滚动步态的翻滚步长,Snub-12均优于TR-6,更适宜开展长距离运动.基于引导策略的路径规划方法可以解决多步态张拉整体结构的路径规划问题,这丰富了球形张拉整体结构的运动理论,可以为该类球形张拉整体可动结构的实际应用提供了理论支撑.

土坡张拉缝滑面稳定性评价的若干基本问题

围绕张拉缝滑面稳定性评价中存在的若干基础性问题,通过上千个算例,系统分析了两种易混淆的“忽略”方法的可行性和适应性,以及它们在不同张拉缝深度,不同几何形状滑面、不同安全系数方法等条件下对滑面稳定性的影响,主要结论为:①张拉缝未充水时,方法一仅对简化Janbu、简化Bishop法适用,而对通用条分法GLE、不平衡推力法不适用。张拉缝考虑水压力时,方法一不适用,方法二适用。②张拉缝滑面安全系数的变化趋势曲线,与张拉缝开裂前的条间力是拉力还是压力有关,这又与黏聚力、张拉缝深度、安全系数方法相关。如果黏聚力低,则条间力大概率是压力,如黏聚力高,则条间力大概率为拉力。③张拉缝有利于迭代收敛,对于严格法GLE而言,张拉缝促进收敛的效果更明显。本文成果为科学评估张拉缝滑面的稳定性提供了坚实的理论依据和分析方法。

张拉整体机器人构型与运动控制研究现状及进展

研究发现张拉整体结构存在于细胞骨架、肌肉-骨骼系统等生物体,并将其原理广泛应用于建筑、雕塑、空间探测等工程结构中。张拉整体结构具有形态可调性、受力可控性、绳索抗拉性和结构轻质、结构自稳定等优势,因此在机器人领域极具应用前景。而软体机器人作为一种新型、仿生、能与人安全交互的机器人,近年来成为力学、材料学、医学、生物学等多学科交叉领域的研究热点之一。但是,要想实现灵活准确的运动、高效地承受外载、迅速地适应环境等复杂特性和功能,张拉整体机器人在其构型、运动步态及控制研究等方面依旧面临着巨大挑战。本研究选取张拉整体机器人的三大典型类别(棱柱形张拉整体机器人、球形张拉整体机器人及构型较复杂的张拉整体机器人),对其构型、运动步态及控制的国内外相关研究现状和发展趋势进行综述,旨在为机器人的仿生学研究提供科学依据。

基于张拉整体结构的可变形移动机器人的设计与实验研究

移动机器人可以代替人进入火灾、地震现场等高危环境进行地形探索及伤员搜寻等工作,然而大多数机器人难以同时适应障碍、直角墙壁、墙面过渡等多种复杂地形,且其控制系统相对复杂,需要外部能源输入。为此,设计了一款具有多种功能、控制相对简单且无系留的可变形移动机器人。首先,将二杆四索张拉整体结构作为基本单元,设计了可实现弯曲变形的张拉整体结构躯干;其次,基于吸附力及结构参数的分析,设计了负压吸附装置,并将它与可变形躯干结合,形成了机器人整体结构;接着,对机器人进行运动学分析,获得了机器人位姿与电机转角的映射关系,并据此规划了机器人墙面过渡、从墙面穿越狭小空间及翻转上台阶的步态;最后,完成了机器人样机的研制,并针对不同地形开展了机器人运动实验,验证了机器人步态规划的合理性。研究结果为多功能移动机器人的设计与制造提供了一定的参考价值。

智能张拉设备OneNET物联网云平台测控系统研究

提出一种基于嵌入式4G通信的智能张拉设备OneNET物联网云平台测控系统,采用高性能的STM32F103RCT6微控制器作为主控芯片,扩散硅压力传感器和轮辐式标准力传感器作为数据采集单元,嵌入式4G通信模块EC200S作为主控芯片与物联网云服务平台通信连接的核心纽带。物联网云平台采用OneNET,并开发了基于4G通信的智能张拉设备物联网测控系统的网页和智能手机应用,用于实现电脑Web端和安卓移动端对该系统的安全访问和无线控制。搭建了试验验证平台,通过试验结果验证了此方案的可行性,且以较小成本实现张拉数据接入物联网,对于解决张拉设备工作状态异常难以及时发现、系统巡检不便、远程调节预应力等问题具有重要指导意义。

大跨连续刚构桥三向预应力筋滞后张拉研究

针对大跨预应力连续刚构桥具体施工过程中竖向、横向预应力筋的张拉存在随意性、不规范性的问题,以某特大桥为背景(68 m+120 m+68 m预应力混凝土连续刚构桥),利用MIDAS FEA有限元分析软件,建立2号到6号梁段的实体模型。通过使用生死单元技术实现对不同梁段、荷载、边界条件的激活,以达到模拟不同的施工阶段的目的,研究梁段沿着桥梁纵向的内力变化。经过多方面的对比后,结果表明,滞后一个节段张拉竖向、横向预应力筋可以让梁体的应力更为均匀,受力性能更为优异,因此推荐在施工过程中使用这种张拉工序。

大跨度U形渡槽预应力钢绞线张拉顺序数值模拟及方案比选

为探究大跨度U形渡槽预应力钢绞线张拉过程中拆模时机对渡槽槽身结构受力状态的影响,以国内某大跨度U形预槽为例,考虑温度荷载,基于单弹簧联结单元法模拟预应力钢绞线与混凝土的相互作用,通过数值模拟方法研究预应力钢绞线张拉过程中的拆模时机对渡槽槽身结构应力响应的影响,进而基于渡槽槽身的应力控制标准及预应力钢绞线张拉过程对渡槽预制台座的占用时间,提出了最优的预应力钢绞线张拉方案。结果表明:拆模前施加部分纵向、环向预应力不仅能满足张拉过程中槽身内壁面不出现拉应力的要求,同时能减少对渡槽预制台座的占用时间。

基于动态滑模的张拉整体结构振动控制研究

为降低动力荷载条件下张拉整体结构的振动响应,提升结构体系的主动控制效果,提出了一种适用于张拉整体结构的动态滑模控制方法。根据结构体系的动力学模型,推导出受控系统的状态空间表达,进而设计了基于趋近律的动态滑模控制器,并运用模糊规则对控制器参数进行自适应调节。采用一种基于作动器同等能量输入的对比分析方案,结合控制性能评价指标,探讨了作动器的控制效能问题,并以此评估不同控制方法对体系的控制效果。以某一跨度为5 m的空间张拉整体梁为例,对其开展了水平地震作用下的数值仿真,结果表明,动态滑模控制方法提升了作动器的控制效能,对降低结构的动态响应是切实有效的,且比常规的二次线性最优控制方法具备更加优异的控制效果,为此类结构的主动振动控制研究提供了新的策略选择。

基于快速模型预测控制法的张拉整体结构主动控制研究

由于几何非线性、连接的装配不确定性和控制器的作动器饱和,张拉整体结构的主动振动控制通常具有挑战性。为了解决这一技术难题,实施了快速模型预测控制(FMPC)策略,能够有效地减轻结构振动。具体来说,基于Newmark方法的显式表达形式避免了矩阵指数的计算,并在结构上的每个采样瞬间进行1次在线和2次离线瞬态分析,从二阶动态方程获得最优控制输入,而不形成扩展的状态空间方程。最后,将快速模型预测控制法应用于大型六胞标准张拉整体梁和六胞聚合式张拉整体梁的结构。示例结果证明,该方法应用在张拉整体结构中是有效且可靠的,体现了该方法在分析和解决实际工程问题方面的前景。

张拉整体结构的智能化找形研究进展

近年来,“未来的结构体系”张拉整体结构得到学术界的广泛关注。其中,找形是张拉整体结构设计的关键步骤,即确定结构的平衡状态的过程。随着人工智能逐渐应用到各个领域,张拉整体结构的智能找形方法也应运而生,通过使用人工智能技术改进传统的找形方法,以达到简化找形流程的目的。首先介绍人工智能在建筑领域的应用;其次,阐述使用人工智能技术改进张拉整体结构找形方法的研究意义;然后介绍张拉整体结构几种常用的传统的找形方法及其优缺点,再通过调研大量文献,对现在最新的张拉整体结构智能找形方法,特别是优化算法和神经网络方法进行详细介绍和分析;最后,预测并分析总结该领域未来可能的研究方向及相应的发展趋势。

封浆后锚索张拉方法探究

锚索支护作为一种常见的支护形式,常应用于基坑、边坡施工过程中。为施工安全,需确保锚索抗拔力符合设计规定,因此在实际工程中,为确定锚索荷载的大小,需要进行锚杆抗拔荷载试验。锚杆抗拔荷载试验的实施,通常受锚杆外漏长度的影响。在锚杆预留长度足够的情况下,可以直接进行张拉;在锚杆长度不够或已经进行封锚时,目前还没有较适合的手段。针对这一问题,提出用新型圆台形锚具进行锁紧,在张拉时使用楔形装置夹紧锚具,通过空心千斤顶进行张拉的方法。

公路桥梁预应力智能张拉工艺设计研究

为了提升公路桥梁预应力张拉施工的质量和效率,文章以某公路工程为例,详细分析了预应力智能张拉结构的设计原理与特点,深入探讨了张拉实施过程中的关键技术环节,确定了张拉前的控制指标,并对张拉结果数据进行了全面分析。结果显示,采用智能张拉工艺能够有效实现张拉力与张拉伸长率的双重控制,明显提高预应力筋张拉的准确性和工程结构的安全性,为公路桥梁的施工质量控制提供参考。