一种大跨度屋盖整体滑移施工一体化控制方法

摘要

本发明涉及一种大跨度屋盖整体滑移施工一体化控制方法，属于结构工程领域。所述方法是在一个由数据输入模块、滑移结构关键点位移同步控制模块、助推设备油压控制与调整模块、滑移结构内力与变形计算与控制模块组成的控制系统中按照一定的步骤实现。该方法可以实现滑移点位移控制与调整、助推设备油压控制与调整、滑移结构的内力与变形计算，且各环节之间可实现自动调节与自适应，真正达到整体滑移控制自动化以及滑移结构内力与变形实时监控自动化的目的，提高工作效率，确保滑移结构在滑移过程的安全。

说明书

技术领域

本发明涉及一种大跨度屋盖整体滑移施工一体化控制方法，属于结构工程领域。

技术背景

现代钢结构屋盖体系一般跨度较大，其在施工过程中的受力状态与成型后的设计(目标)状态差异较大，所以如何选取经济合理、安全适用的施工方案一直是施工技术领域研究的重点。

在传统的钢结构屋盖施工方法中，一般采用满堂脚手架或胎架支承的施工方法，通过单件吊装或单元吊装、高空就位焊接或栓接的连接方法实现其屋盖安装，其缺点是高空作业多且操作困难，安装质量不易控制，工作效率低下，已经不能适应经济发展对施工技术的要求。

现代施工技术常采用整体滑移的施工方法，大大地提高了工作效率，节约了施工成本。但是，目前在屋盖结构整体滑移技术中，由于被滑移的屋盖结构面积较大，助推器较多，同步性要求高，使得在滑移过程中要不断人为地调整其滑移处的位移大小，大大地降低了施工效率，且人工调整的精度往往有限，误差累积可能造成安装偏差。还有，在被滑移的屋盖结构与助推设备以及计算机控制之间缺乏有效的联系，致使在滑移过程中无法实现对结构受力与变形发展的有效监控，造成被滑移结构常常处于非常不利的受力状态而不知晓，使得施工过程存在安全隐患。

本发明提出了一种大跨度屋盖整体滑移施工一体化控制方法，可以克服目前滑移施工方法的缺点。该方法基于一个计算机控制系统，可以在滑移施工过程中实现对被滑移屋盖的内力与变形计算、助推设备的油压调整与控制、滑移点位移控制与调整、滑移轨道支承架强度及稳定性计算，并实现各个环节之间的自动调节与自适应。在预先输入的分级滑移方案的基础上，依据各个滑移点反馈的滑移位移值，通过计算机控制技术可以实现各个滑移点位移的自动控制与调整，从而使得各滑移点的同步性与准确性得到保证；同时该控制系统可以依据各滑移点的当前位置，实时跟踪计算滑移结构的内力与变形，进而判断结构的强度、稳定性是否满足设计要求，判断结构的变形状况是否合理并与设计方案一致，可实现对结构受力与变形发展的有效监控，在滑移结构的内力与变形非常不利时，可以暂停结构的滑移，从而保证结构的安全。该方法真正达到整体滑移控制自动化以及滑移结构内力与变形实时监控自动化的目的，大大提高了工作效率，并确保滑移施工过程的安全。

发明内容

本发明提出的一种大跨度屋盖整体滑移施工一体化控制方法，可以实现屋盖整体滑移的自动化控制，提高工作效率，并能够实时监控滑移结构的内力与变形，保证结构在滑移过程中的安全。

一种大跨度屋盖整体滑移施工一体化控制方法，其特征在于，所述方法是在一个由数据输入模块、滑移结构关键点位移同步控制模块、助推设备油压控制与调整模块、滑移结构内力与变形计算与控制模块组成的控制系统中按照以下步骤实现的，所述控制系统中包含一个能够测量各滑移点位置的滑移点位置测量装置，安放于各滑移点处：

步骤(1)：在计算机中设置如下四个模块：

1)数据输入模块；

2)滑移结构关键点位移同步控制模块；

3)助推设备油压控制与调整模块；

4)滑移结构的内力与变形计算与控制模块；

其中，滑移结构内力与变形计算与控制模块包含一个有限元分析软件包；

步骤(2)：用户向数据输入模块输入结构分级滑移方案，输入数据包括：

1)滑移结构参数；

2)滑移点的个数m与布置；

3)分级滑移的总级数：n；

4)第j个滑移点的第i级目标滑移位移：h_ij；其中，i＝1，2，...，n，代表分级滑移的级数；j＝1，2，...，m，代表滑移点编号；

5)滑移同步性与目标位置控制误差：e；

6)滑移过程中为控制滑移同步性对各滑移点位置进行采样的时间间隔：Δt₁；

7)滑移过程中为校核滑移结构安全对各滑移点位置进行采样的时间间隔：Δt₂；

数据输入模块将部分数据传输给滑移结构关键点位移同步控制模块，包括：m，h_ij，e，时间间隔Δt₁；

数据输入模块将部分数据传输给滑移结构的内力与变形计算与控制模块，包括：滑移结构参数，时间间隔Δt₂；

步骤(3)：进行第1级滑移，按如下步骤进行：

步骤(3.1)：滑移结构关键点位移同步控制模块接收数据输入模块进行第1级滑移方案的数据输入，包括：滑移点的个数m与布置，各滑移点的第1级目标滑移位移h_1j，目标位置控制误差e，采样间隔Δt₁；

步骤(3.2)：滑移结构关键点位移同步控制模块通过计算，确定各个滑移点达到第1级目标位移h_1j时各滑移点处助推设备所需增加的油压Δ_1j；滑移结构关键点位移同步控制模块将Δ_1j传输给助推设备油压控制与调整模块；

步骤(3.3)：助推设备油压控制与调整模块接收滑移点位移控制与调整模块传递的数据，包括：Δ_1j；助推设备油压控制与调整模块以Δ_1j为依据，为各滑移点处的助推设备增加油压，进行滑移点的助推滑移；

步骤(3.4)：在进行步骤(3.3)的同时，进行各滑移点同步性控制与调整，按下述步骤进行：

步骤(3.4.1)：在开始进行步骤(3.3)的同时，滑移结构关键点位移同步控制模块向滑移点位置测量装置输入数据，包括：采样时间间隔Δt₁；

步骤(3.4.2)：每隔Δt₁，滑移点位置测量装置向滑移结构关键点位移同步控制模块反馈一次数据，即各滑移点在第1级滑移过程中的实时位移h_1j^t；

步骤(3.4.3)：滑移结构关键点位移同步控制模块进行如下计算：计算s_1j＝h_1j^t/h_1j；以第一个滑移点为参照，计算Δs_1j＝s_1j-s₁₁；如果|Δs_1j/s₁₁|＞e，计算为弥补该误差各滑移点处助推设备所需调整的油压Δ_1j^t；滑移结构关键点位移同步控制模块将Δ_1j^t传输给助推设备油压控制与调整模块；

步骤(3.4.4)：助推设备油压控制与调整模块接收滑移结构关键点位移同步控制模块传递的数据，包括：Δ_1j^t；助推设备油压控制与调整模块以Δ_1j^t为依据，在步骤(3.3)进行的同时为各滑移点处的助推设备调整油压，使得各滑移点的同步性获得保证；

步骤(3.5)：在进行步骤(3.3)的同时，进行滑移结构的安全校核，按如下步骤进行：

步骤(3.5.1)：滑移结构内力与变形计算与控制模块接收数据输入模块传递的数据，包括：滑移结构参数，采样间隔Δt₂；

步骤(3.5.2)：在开始进行步骤(3.3)的同时，滑移点位置测量装置接收滑移结构内力与变形计算与控制模块传递的数据，包括：采样间隔Δt₂；

步骤(3.5.3)：每隔Δt₂，滑移点位置测量装置向滑移结构内力与变形计算与控制模块反馈一次数据，即各滑移点的空间位置h_1j^t；

步骤(3.5.4)：滑移结构内力与变形计算与控制模块将数据传输给有限元分析软件包，包括：各个滑移点所在的位置、滑移结构参数；

步骤(3.5.5)：有限元分析软件包根据各个滑移点所在的位置、滑移结构参数，确定滑移结构的有限元计算模型(包括滑移结构、用于结构拼装的支承胎架、地基)，确定荷载工况以及边界约束；有限元分析软件包通过计算，得到结构内力与变形状态，并将结果传送回滑移结构内力与变形计算与控制模块；

步骤(3.5.6)：滑移结构内力与变形计算与控制模块进行如下判断：滑移结构内力与变形计算与控制模块依据内力判断结构是否在弹性范围内，并检验结构强度与稳定性；滑移结构内力与变形计算与控制模块依据变形状态，判断被滑移结构是否与周围结构发生碰撞；如果结构强度、稳定性以及变形情况均满足要求，滑移继续进行；如果结构强度、稳定性或者变形情况出现异常，滑移结构内力与变形计算与控制模块会及时发出警报，情况危险时暂停结构的滑移，待重新制定方案后继续进行；

步骤(3.6)：待完成步骤(3.3)，滑移点位置测量装置读取第1级滑移中各滑移点的实际位移值h_1j⁽¹⁾，将其反馈给滑移结构关键点位移同步控制模块；

步骤(3.7)：滑移结构关键点位移同步控制模块接收滑移点位置测量装置传递的数据，包括各滑移点实际发生的位移值h_1j⁽¹⁾；通过对比各滑移点实际位置值h_1j⁽¹⁾与目标位置h_1j，计算出滑移位置误差Δh_1j⁽¹⁾＝h_1j-h_1j⁽¹⁾；

步骤(3.8)：滑移结构关键点位移同步控制模块进行如下判断：如果|Δh_1j⁽¹⁾/h_1j|≤e对每一个j均满足，进入步骤(4)；否则，计算为弥补该误差各个滑移点处助推设备所需调整的油压Δ_1j⁽¹⁾，将Δ_1j⁽¹⁾传输给助推设备油压控制与调整模块；

步骤(3.9)：在助推设备油压控制与调整模块中，以Δ_1j⁽¹⁾为依据，变化各滑移点处的助推设备油压，进行滑移点的位置的微调；与此同时，重复步骤(3.5)，进行滑移结构的内力与变形校核；

步骤(3.10)：待滑移点完成该次微调，读取滑移点位置测量装置得到的第1级滑移中各滑移点的实际位移值h_1j⁽²⁾，之后多次重复步骤(3.7)～步骤(3.10)，直至第k次调整滑移点后|Δh_1j^(k+1)/h_1j|≤e对每一个j均满足，进入步骤(4)；

步骤(4)：进行第2级以及后续的滑移，重复步骤(3)，直至各滑移点滑移至目标位置。

本发明提出的一种大跨度屋盖整体滑移施工一体化控制方法，实现了滑移过程的计算机自动控制，最大限度的减少人为干预，可极大地提高施工效率，减少人为因素造成的误差；在施工过程中可实现对滑移结构的内力、变形情况的实时监控，对结构可能处于的危险状况可给予及时警告，避免施工过程可能对结构造成损害。

附图说明

图1为各模块关系图；

图2为数据输入模块-滑移结构关键点位移同步控制模块-助推设备油压控制与调整模块工作流程详图；

图3为数据输入模块-滑移结构的内力与变形计算与控制模块工作流程详图。

具体实施方式

下面结合附图1～3具体说明这种大跨度屋盖整体滑移施工一体化控制方法。

如图1所示，一种大跨度屋盖整体滑移施工一体化控制方法，是在一个由数据输入模块、滑移结构关键点位移同步控制模块、助推设备油压控制与调整模块、滑移结构内力与变形计算与控制模块组成的控制系统中按照特定步骤实现的；该控制系统中包含一个能够测量各滑移点位置的滑移点位置测量装置，安放于各滑移点处。

其中，数据输入模块接收用户进行分级提升方案的输入，并向各模块传送数据；

其中，滑移结构关键点位移同步控制模块接收数据输入模块传递的分级滑移方案，计算出达到分级目标滑移位置时各滑移点处助推设备所需增加的油压值，将数据传输给助推设备油压控制与调整模块；在滑移过程中，接收滑移点位置测量装置反馈的各滑移点的位置，以某一滑移点为参照，计算其他滑移点与参照滑移点的位移同步误差，若误差超出控制范围，计算出为修正位移同步误差所需变化的助推设备油压值，将数据传输给助推设备油压控制与调整模块；分级滑移完成时，根据滑移位置测量装置反馈的各点实际滑移位置，计算出目标滑移位置与实际滑移位置之间的误差，若误差超出控制范围，计算出修正滑移位置误差所需变化的助推设备油压值，将数据传输给助推设备油压控制与调整模块。

其中，助推设备油压控制与调整模块接收滑移结构关键点位移同步控制模块传递的助推设备油压值，对各滑移点进行同步助推滑移；接收滑移结构关键点位移同步控制模块传递的修正滑移点误差所需的助推设备油压值，对各滑移点的位置进行微调。

其中，滑移结构内力与变形计算与控制模块包含一个有限元分析软件包；滑移结构内力与变形计算与控制模块接收数据输入模块传递的数据，并在滑移过程中不断接收由滑移位置测量装置反馈的各个滑移点的位置，并将其传递给内置有限元分析软件包；在有限元分析软件包中，依据滑移结构内力与变形计算与控制模块传递的数据，确定滑移结构的有限元计算模型，确定荷载工况以及边界约束，通过计算得到结构内力与变形状态，并将其回传给滑移结构内力与变形计算与控制模块；滑移结构内力与变形计算与控制模块依据内力判断结构是否在弹性范围内，并检验结构强度与稳定性；依据变形状态，判断滑移结构的变形是否合理；若滑移结构的安全性不能满足要求，滑移结构内力与变形计算与控制模块会发出警报。

这种大跨度屋盖整体滑移施工一体化控制方法，是在上述模块组成的控制系统中按下述步骤完成的：

步骤(1)：如图1所示，在计算机中设置如下四个模块：数据输入模块，滑移结构关键点位移同步控制模块，助推设备油压控制与调整模块，滑移结构的内力与变形计算与控制模块；

步骤(2)：如图1所示，用户向数据输入模块输入结构分级滑移方案，输入数据包括：滑移结构参数，滑移点的个数m与布置，分级滑移的总级数：n，第j个滑移点的第i级目标滑移位移：h_ij，其中i＝1，2，...，n，代表分级滑移的级数；j＝1，2，...，m，代表滑移点编号，滑移同步性与目标位置控制误差：e，滑移过程中为控制滑移同步性对各滑移点位置进行采样的时间间隔：Δt₁，滑移过程中为校核滑移结构安全对各滑移点位置进行采样的时间间隔：Δt₂；

数据输入模块将部分数据传输给滑移结构关键点位移同步控制模块，包括：m，h_ij，e，时间间隔Δt₁；

数据输入模块将部分数据传输给滑移结构的内力与变形计算与控制模块，包括：滑移结构参数，时间间隔Δt₂；

步骤(3)：进行第1级滑移，按如下步骤进行：

步骤(3.1)：如图2所示，滑移结构关键点位移同步控制模块接收数据输入模块进行第1级滑移方案的数据输入，包括：滑移点的个数m与布置，各滑移点的第1级目标滑移位移h_1j，目标位置控制误差e，采样间隔Δt₁；

步骤(3.2)：如图2所示，滑移结构关键点位移同步控制模块通过计算，确定各个滑移点达到第1级目标位移h_1j时各滑移点处助推设备所需增加的油压Δ_1j；滑移结构关键点位移同步控制模块将Δ_1j传输给助推设备油压控制与调整模块；

步骤(3.3)：如图2所示，助推设备油压控制与调整模块接收滑移点位移控制与调整模块传递的数据，包括：Δ_1j；助推设备油压控制与调整模块以Δ_1j为依据，为各滑移点处的助推设备增加油压，进行滑移点的助推滑移；

步骤(3.4)：如图2所示，在进行步骤(3.3)的同时，进行各滑移点同步性控制与调整，按下述步骤进行：

步骤(3.4.1)：在开始进行步骤(3.3)的同时，滑移结构关键点位移同步控制模块向滑移点位置测量装置输入数据，包括：采样时间间隔Δt₁；

步骤(3.4.2)：每隔Δt₁，滑移点位置测量装置向滑移结构关键点位移同步控制模块反馈一次数据，即各滑移点在第1级滑移过程中的实时位移h_1j^t；

步骤(3.4.3)：滑移结构关键点位移同步控制模块进行如下计算：计算s_1j＝h_1j^t/h_1j；以第一个滑移点为参照，计算Δs_1j＝s_1j-s₁₁；如果|Δs_1j/s₁₁|＞e，计算为弥补该误差各滑移点处助推设备所需调整的油压Δ_1j^t；滑移结构关键点位移同步控制模块将Δ_1j^t传输给助推设备油压控制与调整模块；

步骤(3.4.4)：助推设备油压控制与调整模块接收滑移结构关键点位移同步控制模块传递的数据，包括：Δ_1j^t；助推设备油压控制与调整模块以Δ_1j^t为依据，在步骤(3.3)进行的同时为各滑移点处的助推设备调整油压，使得各滑移点的同步性获得保证；

步骤(3.5)：如图3所示，在进行步骤(3.3)的同时，进行滑移结构的安全校核，按如下步骤进行：

步骤(3.5.1)：滑移结构内力与变形计算与控制模块接收数据输入模块传递的数据，包括：滑移结构参数，采样间隔Δt₂；

步骤(3.5.2)：在开始进行步骤(3.3)的同时，滑移点位置测量装置接收滑移结构内力与变形计算与控制模块传递的数据，包括：采样间隔Δt₂；

步骤(3.5.3)：每隔Δt₂，滑移点位置测量装置向滑移结构内力与变形计算与控制模块反馈一次数据，即各滑移点的空间位置；

步骤(3.5.4)：滑移结构内力与变形计算与控制模块将数据传输给有限元分析软件包，包括：各个滑移点所在的位置、滑移结构参数；

步骤(3.5.5)：有限元分析软件包根据各个滑移点所在的位置h_1j^t、滑移结构参数，确定滑移结构的有限元计算模型(包括滑移结构、用于结构拼装的支承胎架、地基)，确定荷载工况以及边界约束；有限元分析软件包通过计算，得到结构内力与变形状态，并将结果传送回滑移结构内力与变形计算与控制模块；

步骤(3.5.6)：滑移结构内力与变形计算与控制模块进行如下判断：滑移结构内力与变形计算与控制模块依据内力判断结构是否在弹性范围内，并检验结构强度与稳定性；滑移结构内力与变形计算与控制模块依据变形状态，判断被滑移结构是否与周围结构发生碰撞；如果结构强度、稳定性以及变形情况均满足要求，滑移继续进行；如果结构强度、稳定性或者变形情况出现异常，滑移结构内力与变形计算与控制模块会及时发出警报，情况危险时暂停结构的滑移，待重新制定方案后继续进行；

步骤(3.6)：如图2所示，待完成步骤(3.3)，滑移点位置测量装置读取第1级滑移中各滑移点的实际位移值h_1j⁽¹⁾，将其反馈给滑移结构关键点位移同步控制模块；

步骤(3.7)：如图2所示，滑移结构关键点位移同步控制模块接收滑移点位置测量装置传递的数据，包括各滑移点实际发生的位移值h_1j⁽¹⁾；通过对比各滑移点实际位置值h_1j⁽¹⁾与目标位置h_1j，计算出滑移位置误差Δh_1j⁽¹⁾＝h_1j-h_1j⁽¹⁾；

步骤(3.8)：如图2所示，滑移结构关键点位移同步控制模块进行如下判断：如果|Δh_1j⁽¹⁾/h_1j|≤e对每一个j均满足，进入步骤(4)；否则，计算为弥补该误差各个滑移点处助推设备所需调整的油压Δ_1j⁽¹⁾，将Δ_1j⁽¹⁾传输给助推设备油压控制与调整模块；

步骤(3.9)：如图2所示，在助推设备油压控制与调整模块中，以Δ_1j⁽¹⁾为依据，变化各滑移点处的助推设备油压，进行滑移点的位置的微调；与此同时，重复步骤(3.5)，进行滑移结构的内力与变形校核；

步骤(3.10)：如图2所示，待滑移点完成该次微调，读取滑移点位置测量装置得到的第1级滑移中各滑移点的实际位移值h_1j⁽²⁾，之后多次重复步骤(3.7)～步骤(3.10)，直至第k次调整滑移点后|Δh_1j^(k+1)/h_1j|≤e对每一个j均满足，进入步骤(4)；

步骤(4)：进行第2级以及后续的滑移，重复步骤(3)，直至各滑移点滑移至目标位置。