[发明专利]一种空间结构整体模型试验索力自平衡加载控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种空间结构整体模型试验索力自平衡加载控制方法，属于结构工程技术领域。 

技术背景

近年来，新型空间结构的工程建设项目在我国发展很快，但是其设计理论的研究工作严重滞后，给其推广与应用带来了一定的障碍。为此，结构设计师往往要求进行结构的整体模型试验，通过试验研究其失稳与破坏机理、寻找薄弱部位、考察其刚度变化以及其极限承载力，可检验结构设计的合理性，并为结构设计提供依据，为研究新的结构形式与发展新的结构理论提供基础。 

人们在确定整体结构试验模型的比例时，为减小尺寸效应的影响，会尽可能选择大比例试验模型。在通常的结构试验中，一般可以采用“千斤顶+分配梁”的加载方法，对于体型不大的结构模型这种加载方法很有效。但是对于大型模型的破坏性试验，这种加载方法在实施过程中遇到困难。首先，大型模型试验的加载反力通常较大，为保证加载设备的反力有可靠的传递与依托，试验要求有巨大的反力架；其次，大型模型试验的加载点通常较多，所以需要有大量加载设备，如油压机、油泵及千斤顶；另外，大型模型本身体积较大，试验时需要占用较大的试验场地，一般试验室环境难以满足这些要求，即使有条件进行加载，对这些因素的综合考虑也往往使得试验成本大幅提高。 

本发明提出一种空间结构整体模型试验索力自平衡加载控制方法，适合于室内与野外试验的加载，可以克服在实验室或者野外进行大型模型试验时需要加载设备数量多、另需建造反力架、加载设备安装困难以及成本高昂的缺点。该方法基于一个“底盘梁-拉索-模型”一体化自平衡加载体系，在一个计算机控制系统中，在预先输入的分级加载方案的基础上，通过控制拉索的缩短位移实现施加预定索力的目的。每一级加载均采用“位移加载-内力微调”的双重控制技术，可实现对拉索缩短位移的控制与调整，使得索力能够精确达到预定值，从而实现目标分级加载荷载。这种方法的优点在于，一是所需要的加载设备简单、适用性强，特别适用于野外大型模型试验；二是可操作性强，可通过建立的“位移加载-内力微调”的计算机控制模块，通过计算机控制技术便捷地实现分级加载荷载与对应拉索位移的控制与调整。 

发明内容

本发明提出的一种空间结构整体模型试验索力自平衡加载控制方法，通过建立“底盘梁-拉索-模型”一体化自平衡加载体系，解决了大跨度结构整体模型加载困难的问题；通过计算机控制技术对拉索实行“位移加载-内力微调”的双重控制，能够精确方便地对试验模型实现预定的分级加载目标。 

一种空间结构整体模型试验索力自平衡加载控制方法，其特征在于，所述方法基于一个由试验模型、拉索、底盘梁、拉索位移加载装置与应变片测力板组成的一体化自平衡加载体系，是在一个由数据输入模块、加载模拟分析模块、位移加载控制模块、内力微调控制模块组成的加载控制系统中，按照下述步骤实现的(其中，拉索位移加载装置采用市售电动葫芦)： 

步骤(1)：组建一体化自平衡加载体系，包括试验模型、拉索、底盘梁、拉索位移加载装置以及应变片测力板；底盘梁与试验模型的底部连接，形成一个整体；拉索两端分别连接试验模型与底盘梁； 

步骤(2)：在计算机中设置四个模块：数据输入模块、加载模拟分析模块、位移加载控制模块、内力微调控制模块；其中加载模拟分析模块包含一个有限元分析软件包； 

步骤(3)：数据输入模块接收用户输入的分级加载方案数据，包括： 

1)试验模型参数； 

2)荷载分级的总级数：m； 

3)拉索总数：n； 

4)进行第K级加载时第i根拉索处需要施加的目标荷载，即目标索力：F_K，i⁰；其中，K＝1，2，...，m，i＝1，2，...，n； 

5)索力控制误差：e； 

步骤(4)：进行第1级加载，按下述步骤进行： 

步骤(4.1)：数据输入模块将第1级加载方案传送给加载模拟分析模块，包括：试验模型参数，第1级加载时各拉索所需要施加的目标荷载F_1，i⁰，索力控制误差e；数据输入模块将第1级加载方案传递给加载模拟分析模块； 

步骤(4.2)：进行加载模拟分析，按下述步骤进行： 

步骤(4.2.1)：加载模拟分析模块接收数据输入模块传递的第1级加载方案，包括：试验模型参数，第1级加载时各拉索所需要施加的目标荷载F_K，i⁰，索力控制误差e；