CN115233831B - 挠度自由控制的多点大跨度空间钢结构整体连续提升方法 - Google Patents

Abstract

挠度自由控制的多点大跨度空间钢结构整体连续提升方法，包括以下步骤：1）钢结构地面拼装；2）提升扒杆安装就位；3）挠度控制系统安装就位；4）提升控制系统安装就位；5）调整预拱度；6）预提升；7）正式提升；8）杆件补缺；9）拆除设备。利用本发明，可实现多吊点的提升平衡控制，减少因提升引起结构应力集中导致失稳的风险，可实现连续快速提升，有效缩短整体提升的时间，减少施工过程中的不确定风险，保障结构的安全，可实现提升过程中的下挠变形自动控制，能够完成钢结构网架高精度的下挠控制，可以实现动态平衡提升。

Description

挠度自由控制的多点大跨度空间钢结构整体连续提升方法

技术领域

本发明涉及一种挠度自由控制的大跨度空间钢结构整体连续提升方法。

背景技术

大跨度空间钢结构广泛应用于公共场馆、机场航站楼、机库、火车站雨棚、电厂煤棚、大跨度工业厂房、物流仓库等各类建筑之中。常规大跨度空间钢结构施工方法主要有高空拼装、顶升、滑移等，整体来说施工难度大，整体提升技术被提出用以解决传统施工工艺存在的各种问题，具有安装效率高、施工工期短、工程造价低、施工安全等优点。

目前大多数整体提升技术采用液压千斤顶集群作业成套设备。该设备一般由承重、执行和控制等部分组成，以立柱和钢绞线等为承重部件，以液压千斤顶为执行部件，以电气和计算机系统为控制部件。但是采用液压千斤顶提升不可避免地存在延迟不同步状态，结构的内力会产生显著变化，这是钢结构提升施工的技术问题；千斤顶单次行程有限，必须不断地回收行程和进行钢丝绳锚固，工序繁多复杂；由于构件制作误差、地面拼装误差以及液压系统离散性等问题，同一提升架上两侧提升千斤顶的动态负载会有差异，如果此差异值过大将使结构失稳，可靠性差，安全隐患多。综上，基于千斤顶集群作业的整体提升技术还无法实现钢结构施工的连续提升和多点位提升过程中的平衡控制，忽略了提升不同步状态，结构内力会产生显著变化这一重大安全技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种大跨度空间钢结构整体提升过程中连续提升、多吊点平衡调控的整体提升方法，对钢结构的下挠值自动控制，开发系统控制算法，实现施工过程中的智能控制，保证钢结构整体提升的安全性和可靠性，极大的提高控制精度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种挠度自由控制的多点大跨度空间钢结构整体连续提升方法，包括以下步骤：

1）钢结构地面拼装；

2）提升扒杆安装就位；

3）挠度控制系统安装就位

挠度控制系统包括引伸机、拉力传感器和控制器，引伸机、拉力传感器与控制器连接；

先安装对拉预应力筋，然后将引伸机和拉力传感器串联预应力筋；

4）提升控制系统安装就位

提升控制系统包括电动葫芦、拉力传感器、分控箱、主控箱和控制器，电动葫芦、拉力传感器与分控箱连接，分控箱与主控箱连接，主控箱与控制器连接；

先将拉力传感器安装在提升扒杆上，然后将电动葫芦与拉力传感器连接在一起，电动葫芦的提升铰链端部固定在吊点；

5）调整预拱度

预应力施加前将钢结构与胎架连接点割开；

通过挠度控制系统引伸机对钢结构下部预应力筋施加拉力，为保证钢结构的稳定变形，对预应力筋采用对称分级引伸，由钢结构中心向钢结构边缘采取2机位、4机位同步对称张拉；

利用全站仪对施加预应力的钢结构进行挠度监测，并将监测结果反馈到挠度控制系统的控制器中，张拉预应力使结构达到设计挠度后停止张拉；

6）预提升

确认提升控制系统无异常情况后，进行预提升；

7）正式提升

采用定速连续提升，在提升全过程进行位移监测、提升力监测、下挠监测，根据设计值及现场工况进行动态调整，保证吊点间位移差在±5mm以内，提升力波动在设计值±5%以内，下挠波动在设计值±10%以内；

8）杆件补缺

将钢结构提升至设计高程后焊接剩余连接杆件，其中，连接杆件的一端与钢结构网壳焊接连接，另一端与支座焊接连接；

9）拆除设备

确认杆件焊接完成后，逐级卸载，直至提升控制系统完全不受力；确认钢结构安装稳定后，拆除提升控制系统、提升扒杆、挠度控制系统。

进一步，所述提升控制系统对钢结构提升力动态控制以及挠度控制系统对钢结构挠度动态控制采用的算法包括：

①吊点零位移差法：

求一组恒载作用下吊索拉力值，使钢结构与吊索连接处节点在恒载和吊索拉力作用下，提升过程中各吊点的相对位移为零；此处在确定吊索的拉力时，主要以吊点相对位移为控制目标，以保证最终施工完成时的整体水平，计算方法如下：

首先，可以通过有限元软件算出在恒载g作用下，每根吊索的垂直拉力T ₁、T ₂、T ₃……T _n，然后依次算出吊索受单位力时对这些点的位移影响量δ_ij，i为节点编号，j为吊杆编号，于是在恒载和吊索力的共同作用下,各控制节点变位线性方程组:

（1）；

其中：

，T _i：表示第i根吊索的初始拉力矢量；

，/>：表示第i根吊索连接吊点的初始位移矢量；

，/>：表示第j根吊索产生单位力时对第i号节点的位移影响量；n：表示吊索与钢结构连接处的节点数；

考虑提升过程中索力的波动，提升过程中实际的吊索内力为，其中/>为恒载作用下吊索的拉力，/>为吊索变化单位力对吊索力的影响矩阵，/>表示吊索力波动向量，于是在实际提升过程中，各控制节点变位线性方程组：

（2）；

，c _ij：表示第j根吊索产生单位力时对第i根吊索的索力影响量；n：表示吊索与网架结构连接处的节点数；/>表示吊索力波动向量引起的节点变位位移差；

提升控制系统中以提升过程中各控制节点变位等于零为目标的方程为：

（3）；

式中：为施调向量；由公式可知/>，此处/>的前提为提升控制系统同步调整，实际提升施工过程中需考虑吊索和预应力筋的相互影响，见后续的算法③；

②张拉预应力筋的力平衡法：

采用钢结构下部预应力筋+引伸机+拉力计+控制器，实现在体系转换和提升全过程中的变形自动控制，通过在钢结构下部张拉预应力筋，控制钢结构的矢高，结构矢高初始值，目标值/>；

利用有限元模型求出张拉至目标值所需的预应力筋张拉力向量/>，建立张拉力向量与结构变形关系：/>，并求出单位施调向量作用下目标向量的影响矩阵，从而建立典型方程：

（4）；

式中：和/>为预应力筋内力受调向量，即结构调整时的目标向量，可根据具体结构和目标的不同取内力和位移等结构反应值；/>为调整前的初始值；/>为期望达到的期望值；/>为施调向量；/>为结构对受调向量的影响矩阵；

，式中：a_ij表示第ｊ个施调变量施加单位力时对第ｉ个受调变量的影响量；

受调向量和施调向量均取预应力筋内力向量，在确定了预应力筋内力初始值、目标值和影响矩阵后通过求解线形方程(4)得到施调向量以期达到结构的期望值；

对于预应力筋的张拉，需要说明的是当采用所有的预应力筋同步张拉方法时，将不再考虑施调变量的影响，引伸机张拉力向量，但钢结构因其跨度大、结构复杂，同步张拉的方法难以应用；而当采用分批张拉时，可以根据结构进行单根分批张拉或者双根分批张拉，为保证结构受力安全，要求预应力筋逐对、对称调整，此时就出现2根吊杆同时张拉的情况；下面分别说明两种张拉方式对预应力筋内力的计算方法：

1）单根分批张拉

按方程(4)求得的施调预应力筋内力向量仅为预应力筋内力调整的增加值，实际施工时，需要在此基础上得到预应力筋的引伸机张拉力，用/>表示；这里仅考虑各预应力筋单根分批张拉而非多根分批同步张拉时，预应力筋引伸机张拉力/>的计算方法；

设网架结构共ｎ根预应力筋，按1~ｎ次序分ｎ批单根张拉；

张拉1号预应力筋，按照方程式(4)，预应力筋张拉前后其内力分别为：

（5）；

（6）；

式中：右上标f和b别代表该批次预应力筋张拉前和张拉后；为初始预应力筋内力，若要实现增量/>，其引伸机张拉力必须为/>；

张拉i号预应力筋，i为张拉次序号而非预应力筋号，按照方程式(4)，预应力筋张拉前后其内力分别为：

（7）；

（8）；

虽然在式(7)的基础上实现式(8)，其增量只有，但考虑到引伸机张拉时，数显表反应的是该预应力筋的总预应力，因此，张拉i号预应力筋时，其引伸机张拉力等于，即

（9）；

故，预应力筋引伸机张拉力为：

（10）；

对于i号次张拉的预应力筋，引伸机张拉力由3部分组成：(1)初始预应力筋内力/>；(2)1~(i-1)号引伸机的施调张拉力对预应力筋i号的影响/>；(3)施调预应力筋内力/>，前两部分为i号预应力筋的已存预应力，第3部分为其增量，即施调向量；

当全部预应力筋张拉完成后，方程(4)将得到自动满足；由式(9)可知：预应力筋内力调整阶段，预应力筋引伸机张拉力与预应力筋内力初始值、调整顺序有关；

2）双根分批张拉

考虑按两根预应力筋分批同步张拉，假设第i-1号、第ｉ号吊杆同时张拉，根据上文推导，张拉第i-1号、第ｉ号预应力筋前其已存预应力分别为：

（11）；

而张拉之后，预应力筋内力期望值为：

（12）；

依照上节的原理可知，同时张拉第i-1号、第i号预应力筋时，引伸机张拉力为：

；

③提升过程中的动态平衡法：

钢结构提升会进行结构体系的转换，由胎架支撑状态转换为吊索提升状态，此过程将引起钢结构的内力重分布，钢结构约束状态由地面胎架铰接支撑约束变为吊点竖向约束；在提升过程中，按照设计的提升力向量提升时，提升力对结构基本没有影响，考虑提升过程中索力的波动，提升过程中实际的吊索内力为/>，当产生提升力波动向量/>的时，需要考虑在提升过程中吊索内力的波动对预应力筋的影响：

（13）；

式中：和/>为预应力筋内力受调向量，即结构调整时的目标向量，可根据具体结构和目标的不同取内力和位移等结构反应值；/>为张拉预应力后的预应力筋期望内力值；/>为实际达到的预应力筋内力值；/>为施调向量；/>为结构对受调向量的影响矩阵；

，式中：b_ij表示第ｊ个吊索产生单位力时对第ｉ个预应力筋的影响量；

为保证网架结构的受力合理，根据式(3)将网架下部预应力筋受吊索影响后的内力向量调整为预应力筋期望内力值/>：

（14）

控制系统根据由实时的计算得到修正向量/>，进行全过程的标高自动调节控制；

（15）。

进一步，步骤1）中，先根据胎架定位图安装胎架，然后根据钢结构深化平面布置图布置结点，再将对应的杆件吊装就位并与结点点焊固定。

进一步，步骤2）中，先利用建筑模型信息化技术将钢结构、补缺杆件、提升扒杆整体建模，通过碰撞检测，优化提升扒杆设计，再安装提升扒杆。

进一步，步骤6）中，预提升时分控受力较小的吊点先受力，再启动受力较大的吊点，分级加载使钢结构离开拼装胎架，当钢结构离开拼装胎架100mm后，暂停提升控制系统，让钢结构在空中停留≥6h，同时作全面检查，各项检查正常无误后可进行正式提升。

进一步，步骤7）中，正式提升前进行姿态检测调整，利用全站仪检测各吊点的离地距离，计算出各吊点相对高差，通过提升控制系统调整各吊点高度，使钢结构达到设计姿态。

本发明的有益效果：

1）采用多点提升位移+提升力双控技术，实现多吊点的提升平衡控制，减少因提升引起结构应力集中导致失稳的风险；

2）提升设备使用电动葫芦，实现连续快速提升，有效缩短整体提升的时间，减少施工过程中的不确定风险，保障结构的安全；

3）在钢网架下部采用预应力筋+引伸机+拉力计+自控系统，通过对预应力筋施加拉力，实现提升过程中的下挠变形自动控制，能够完成钢结构网架高精度的下挠控制；

4）由控制系统自动计算调节吊点力、预应力，可以实现动态平衡提升。

附图说明

图1 为钢结构网壳整体提升示意图；

图2 为引伸机串联预应力钢索示意图；

图中：1、提升扒杆；2、吊索；3、钢网壳；4、预应力钢索；5、U型扣；6、拉力传感器；7、引伸机；8、U型螺丝。

具体实施方式

以下结合附图以及实施例对本发明作进一步说明。

参照图1-图2，一种挠度自由控制的多点大跨度空间钢结构整体连续提升方法，包括以下步骤：

1）跨度超过60m的钢网壳地面拼装

先根据胎架定位图安装胎架：每个胎架采用膨胀锚栓固定，胎架安装完成后采用水平尺和经纬仪进行校正，校正完成后将膨胀螺丝顶部螺母点焊固定，防止拼装过程松动产生偏差；

然后根据钢网壳深化平面布置图布置结点：对于跨度超过60m的钢网壳，通常在拼装过程中进行预拱来改善施工引起的下挠偏差，在钢网壳拼装阶段考虑重力、温度及施工荷载下引起的挠度，在钢网壳深化加工过程中设计预拱值： H=h₁+h₂+h₃+h₄；

h₁—结构设计矢高；

h₂—重力荷载作用下拆除胎架后产生的挠度；

h₃—温度荷载作用下产生的挠度；

h₄—施工荷载作用下产生的挠度；

再将对应的杆件吊装就位并与结点点焊固定：校正各主杆件的空间坐标，从钢网壳长短轴端点向中间进行对称施焊，焊接时采用测量仪器全程监控钢网壳的焊接变形，主杆件安装完成后在次杆件安装位置进行放样标注，并在次杆件上翼缘顶部焊接防坠找平板，标注该位置次杆件构件编号，校正翼缘顶部与主杆件的标高一致，次杆件吊装就位后与主杆件进行点焊固定，从中间向钢网壳边缘对称扩展焊接；主次杆件的焊缝根据设计和规范要求进行相应比例的超声波无损探伤检测，检测时间为焊接完成后24小时，不合格焊缝按规范要求进行返修后复检，同一条焊缝不得返修两次以上；

2）提升扒杆安装就位

考虑到钢网壳提升就位补缺杆件空间分布，为确保提升扒杆与钢网壳相互无干涉，先利用建筑信息模型技术将钢网壳、补缺杆件、提升扒杆整体建模，通过碰撞检测，优化提升扒杆设计，再安装提升扒杆；

3）挠度控制系统安装就位

挠度控制系统包括引伸机、拉力传感器和控制器，引伸机、拉力传感器与控制器连接；

提升过程工况复杂，温度、施工荷载等不断变化，仅靠预拱的方法精度有限，通过沿主杆件方向安装对拉预应力钢索和引伸机实现对下挠的进一步控制和提升过程中动态调整；

安装对拉预应力钢索：安装前检查钢丝绳是否有磨损、断裂、锈蚀、死弯、断丝等情况，确保钢丝绳完好前提下，将对应长度的钢丝绳穿过对应连接挂耳后折回调节好长度，钢丝绳上下叠放，并用U型扣连接；将U型扣螺丝拧开，然后将钢丝绳放入底座内；U型扣螺丝在折叠的钢丝绳上面插入底座螺孔内，卡座统一朝向一侧；戴上螺母，将螺母拧紧；同样的方法将钢丝绳的根部和中间部分卡住；

将引伸机和拉力传感器串联预应力钢索，如图2所示；

4）提升控制系统安装就位

提升控制系统包括电动葫芦、拉力传感器、分控箱、主控箱和控制器，电动葫芦、拉力传感器与分控箱连接，分控箱与主控箱连接，主控箱与控制器连接；

将拉力传感器安装在提升扒杆上，将电动葫芦与拉力传感器连接在一起，电动葫芦的提升铰链端部固定在吊点；

5）调整预拱度

预应力施加前将钢网壳与胎架连接点割开，避免因为钢网壳与胎架焊接在一起，而导致预应力施加后，钢网壳没有产生预拱，切割完成后需将拼接切割口打磨平整并喷漆防止锈蚀；

通过挠度控制系统引伸机对钢网壳下部预应力钢索施加拉力，为保证钢网壳的稳定变形，对预应力钢索采用对称分级引伸，由钢网壳中心向钢网壳边缘采取2机位、4机位同步对称张拉；

利用全站仪对施加预应力的钢网壳进行位移监测，并将监测结果反馈到挠度控制系统的控制器中，张拉预应力使结构达到设计挠度后停止张拉；

6）预提升

确认提升控制系统无异常情况后，进行预提升；

预提升时分控受力较小的吊点先受力，再启动受力较大的吊点，分级加载使钢网壳离开拼装胎架，当钢网壳离开拼装胎架100mm后，暂停提升控制系统，让钢网壳在空中停留≥6h，同时作全面检查(包括吊点结构，提升扒杆和提升控制系统等)，各项检查正常无误后可进行正式提升；

7）正式提升

正式提升前进行姿态检测调整，利用全站仪检测各吊点的离地距离，计算出各吊点相对高差，通过提升控制系统调整各吊点高度，使钢网壳达到设计姿态；

采用定速连续提升，在提升全过程进行位移监测、提升力监测、下挠监测，根据设计值及现场工况进行动态调整，保证吊点间位移差在±5mm以内，提升力波动在设计值±5%以内，下挠波动在设计值±10%以内；

8）杆件补缺

将钢网壳提升至设计高程后焊接剩余连接杆件，其中，连接杆件的一端与钢网壳焊接连接，另一端与支座焊接连接；

9）拆除设备

确认杆件焊接完成后，逐级卸载，直至提升控制系统完全不受力；确认钢网壳安装稳定后，拆除提升控制系统、提升扒杆、挠度控制系统。

所述提升控制系统对钢网壳提升力动态控制以及挠度控制系统对钢网壳挠度动态控制采用的算法包括：

①吊点零位移差法：

求一组恒载作用下吊索拉力值，使钢结构与吊索连接处节点在恒载和吊索拉力作用下，提升过程中各吊点的相对位移为零；此处在确定吊索的拉力时，主要以吊点相对位移为控制目标，以保证最终施工完成时的整体水平，计算方法如下：

首先，可以通过有限元软件算出在恒载g作用下，每根吊索的垂直拉力T ₁、T ₂、T ₃……T _n，然后依次算出吊索受单位力时对这些点的位移影响量δ_ij，i为节点编号，j为吊杆编号，于是在恒载和吊索力的共同作用下,各控制节点变位线性方程组:

（1）；

其中：

，T _i：表示第i根吊索的初始拉力矢量；

，/>：表示第i根吊索连接吊点的初始位移矢量；

，/>：表示第j根吊索产生单位力时对第i号节点的位移影响量；n：表示吊索与钢结构连接处的节点数；

考虑提升过程中索力的波动，提升过程中实际的吊索内力为，其中/>为恒载作用下吊索的拉力，/>为吊索变化单位力对吊索力的影响矩阵，/>表示吊索力波动向量，于是在实际提升过程中，各控制节点变位线性方程组：

（2）；

，c _ij：表示第j根吊索产生单位力时对第i根吊索的索力影响量；n：表示吊索与网架结构连接处的节点数；/>表示吊索力波动向量引起的节点变位位移差；

提升控制系统中以提升过程中各控制节点变位等于零为目标的方程为：

（3）；

式中：为施调向量；由公式可知/>，此处/>的前提为提升控制系统同步调整，实际提升施工过程中需考虑吊索和预应力筋的相互影响，见后续的算法③；

②张拉预应力筋的力平衡法：

采用钢结构下部预应力筋+引伸机+拉力计+控制器，实现在体系转换和提升全过程中的变形自动控制，通过在钢结构下部张拉预应力筋，控制钢结构的矢高，结构矢高初始值，目标值/>；

利用有限元模型求出张拉至目标值所需的预应力筋张拉力向量/>，建立张拉力向量与结构变形关系：/>，并求出单位施调向量作用下目标向量的影响矩阵，从而建立典型方程：

（4）；

式中：和/>为预应力筋内力受调向量，即结构调整时的目标向量，可根据具体结构和目标的不同取内力和位移等结构反应值；/>为调整前的初始值；/>为期望达到的期望值；/>为施调向量；/>为结构对受调向量的影响矩阵；

，式中：a_ij表示第ｊ个施调变量施加单位力时对第ｉ个受调变量的影响量；

受调向量和施调向量均取预应力筋内力向量，在确定了预应力筋内力初始值、目标值和影响矩阵后通过求解线形方程(4)得到施调向量以期达到结构的期望值；

对于预应力筋的张拉，需要说明的是当采用所有的预应力筋同步张拉方法时，将不再考虑施调变量的影响，引伸机张拉力向量，但钢结构因其跨度大、结构复杂，同步张拉的方法难以应用；而当采用分批张拉时，可以根据结构进行单根分批张拉或者双根分批张拉，为保证结构受力安全，要求预应力筋逐对、对称调整，此时就出现2根吊杆同时张拉的情况；下面分别说明两种张拉方式对预应力筋内力的计算方法：

1）单根分批张拉

按方程(4)求得的施调预应力筋内力向量仅为预应力筋内力调整的增加值，实际施工时，需要在此基础上得到预应力筋的引伸机张拉力，用/>表示；这里仅考虑各预应力筋单根分批张拉而非多根分批同步张拉时，预应力筋引伸机张拉力/>的计算方法；

设网架结构共ｎ根预应力筋，按1~ｎ次序分ｎ批单根张拉；

张拉1号预应力筋，按照方程式(4)，预应力筋张拉前后其内力分别为：

（5）；

（6）；

式中：右上标f和b别代表该批次预应力筋张拉前和张拉后；为初始预应力筋内力，若要实现增量/>，其引伸机张拉力必须为/>；

张拉i号预应力筋，i为张拉次序号而非预应力筋号，按照方程式(4)，预应力筋张拉前后其内力分别为：

（7）；

（8）；

虽然在式(7)的基础上实现式(8)，其增量只有，但考虑到引伸机张拉时，数显表反应的是该预应力筋的总预应力，因此，张拉i号预应力筋时，其引伸机张拉力等于，即

（9）；

故，预应力筋引伸机张拉力为：

（10）；

对于i号次张拉的预应力筋，引伸机张拉力由3部分组成：(1)初始预应力筋内力/>；(2)1~(i-1)号引伸机的施调张拉力对预应力筋i号的影响/>；(3)施调预应力筋内力/>，前两部分为i号预应力筋的已存预应力，第3部分为其增量，即施调向量；

当全部预应力筋张拉完成后，方程(4)将得到自动满足；由式(9)可知：预应力筋内力调整阶段，预应力筋引伸机张拉力与预应力筋内力初始值、调整顺序有关；

2）双根分批张拉

考虑按两根预应力筋分批同步张拉，假设第i-1号、第ｉ号吊杆同时张拉，根据上文推导，张拉第i-1号、第ｉ号预应力筋前其已存预应力分别为：

（11）；

而张拉之后，预应力筋内力期望值为：

（12）；

依照上节的原理可知，同时张拉第i-1号、第i号预应力筋时，引伸机张拉力为：

；

③提升过程中的动态平衡法：

钢结构提升会进行结构体系的转换，由胎架支撑状态转换为吊索提升状态，此过程将引起钢结构的内力重分布，钢结构约束状态由地面胎架铰接支撑约束变为吊点竖向约束；在提升过程中，按照设计的提升力向量提升时，提升力对结构基本没有影响，考虑提升过程中索力的波动，提升过程中实际的吊索内力为/>，当产生提升力波动向量/>的时，需要考虑在提升过程中吊索内力的波动对预应力筋的影响：

（13）；

式中：和/>为预应力筋内力受调向量，即结构调整时的目标向量，可根据具体结构和目标的不同取内力和位移等结构反应值；/>为张拉预应力后的预应力筋期望内力值；/>为实际达到的预应力筋内力值；/>为施调向量；/>为结构对受调向量的影响矩阵；

，式中：b_ij表示第ｊ个吊索产生单位力时对第ｉ个预应力筋的影响量；

为保证网架结构的受力合理，根据式(3)将网架下部预应力筋受吊索影响后的内力向量调整为预应力筋期望内力值/>：

（14）

控制系统根据由实时的计算得到修正向量/>，进行全过程的标高自动调节控制；

（15）。/>

Claims (5)

1.挠度自由控制的多点大跨度空间钢结构整体连续提升方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)钢结构地面拼装；

2)提升扒杆安装就位；

3)挠度控制系统安装就位

挠度控制系统包括引伸机、拉力传感器和控制器，引伸机、拉力传感器与控制器连接；

先安装对拉预应力筋，然后将引伸机和拉力传感器串联预应力筋；

4)提升控制系统安装就位

提升控制系统包括电动葫芦、拉力传感器、分控箱、主控箱和控制器，电动葫芦、拉力传感器与分控箱连接，分控箱与主控箱连接，主控箱与控制器连接；

先将拉力传感器安装在提升扒杆上，然后将电动葫芦与拉力传感器连接在一起，电动葫芦的提升铰链端部固定在吊点；

5)调整预拱度

预应力施加前将钢结构与胎架连接点割开；

通过挠度控制系统引伸机对钢结构下部预应力筋施加拉力，为保证钢结构的稳定变形，对预应力筋采用对称分级引伸，由钢结构中心向钢结构边缘采取2机位、4机位同步对称张拉；

利用全站仪对施加预应力的钢结构进行挠度监测，并将监测结果反馈到挠度控制系统的控制器中，张拉预应力使结构达到设计挠度后停止张拉；

6)预提升

确认提升控制系统无异常情况后，进行预提升；

7)正式提升

采用定速连续提升，在提升全过程进行位移监测、提升力监测、下挠监测，根据设计值及现场工况进行动态调整，保证吊点间位移差在±5mm以内，提升力波动在设计值±5％以内，下挠波动在设计值±10％以内；

8)杆件补缺

将钢结构提升至设计高程后焊接剩余连接杆件，其中，连接杆件的一端与钢结构网壳焊接连接，另一端与支座焊接连接；

9)拆除设备

确认杆件焊接完成后，逐级卸载，直至提升控制系统完全不受力；确认钢结构安装稳定后，拆除提升控制系统、提升扒杆、挠度控制系统；

所述提升控制系统对钢结构提升力动态控制以及挠度控制系统对钢结构挠度动态控制采用的算法包括：

①吊点零位移差法：

求一组恒载作用下吊索拉力值，使钢结构与吊索连接处节点在恒载和吊索拉力作用下，提升过程中各吊点的相对位移为零；此处在确定吊索的拉力时，主要以吊点相对位移为控制目标，以保证最终施工完成时的整体水平，计算方法如下：

首先，可以通过有限元软件算出在恒载g作用下，每根吊索的垂直拉力T₁、T₂、T₃……T_n，然后依次算出吊索受单位力时对这些点的位移影响量δ_ij，i为节点编号，j为吊杆编号，于是在恒载和吊索力的共同作用下,各控制节点变位线性方程组:

[δ]{T_g}＝{h_g} (1)；

其中：

{T_g}＝{T₁ T₂ T₃ T₄......T_n}^-1，T_i：表示第i根吊索的初始拉力矢量；

{h_g}＝{h_1g h_2g h_3g h_4g......h_ng}^-1，h_ig：表示第i根吊索连接吊点的初始位移矢量；

δ_ij：表示第j根吊索产生单位力时对第i号节点的位移影响量；n：表示吊索与钢结构连接处的节点数；

考虑提升过程中索力的波动，提升过程中实际的吊索内力为{T_m}＝{T_g}+[C]{ΔT}，其中{T_g}为恒载作用下吊索的拉力，[C]为吊索变化单位力对吊索力的影响矩阵，{ΔT}表示吊索力波动向量，于是在实际提升过程中，各控制节点变位线性方程组：

[δ]{T_g}+[δ][C]{ΔT}＝{h_g}+{h_m} (2)；

c_ij：表示第j根吊索产生单位力时对第i根吊索的索力影响量；n：表示吊索与网架结构连接处的节点数；{h_m}表示吊索力波动向量引起的节点变位位移差；

提升控制系统中以提升过程中各控制节点变位等于零为目标的方程为：

[δ][C]{ΔT}+[δ][C]{T}＝0 (3)；

式中：{T}为施调向量；由公式可知{T}＝-{ΔT}，此处{T}＝-{ΔT}的前提为提升控制系统同步调整，实际提升施工过程中需考虑吊索和预应力筋的相互影响，见后续的算法③；

②张拉预应力筋的力平衡法：

采用钢结构下部预应力筋+引伸机+拉力计+控制器，实现在体系转换和提升全过程中的变形自动控制，通过在钢结构下部张拉预应力筋，控制钢结构的矢高，结构矢高初始值f₀，目标值f_m；

利用有限元模型求出张拉至目标值f_m所需的预应力筋张拉力向量{P}，建立张拉力向量与结构变形关系：{P}(f₀→f_m)，并求出单位施调向量作用下目标向量的影响矩阵，从而建立典型方程：

{P₀}+[A]{ΔF}＝{P} (4)；

式中：{P₀}和{P}为预应力筋内力受调向量，即结构调整时的目标向量，可根据具体结构和目标的不同取内力和位移等结构反应值；{P₀}为调整前的初始值；{P}为期望达到的期望值；{ΔF}为施调向量；[A]为结构对受调向量的影响矩阵；

式中：a_ij表示第j个施调变量施加单位力时对第i个受调变量的影响量；

受调向量和施调向量均取预应力筋内力向量，在确定了预应力筋内力初始值、目标值和影响矩阵后通过求解线形方程(4)得到施调向量以期达到结构的期望值；

对于预应力筋的张拉，需要说明的是当采用所有的预应力筋同步张拉方法时，将不再考虑施调变量的影响，引伸机张拉力向量{N}＝{P}，但钢结构因其跨度大、结构复杂，同步张拉的方法难以应用；而当采用分批张拉时，可以根据结构进行单根分批张拉或者双根分批张拉，为保证结构受力安全，要求预应力筋逐对、对称调整，此时就出现2根吊杆同时张拉的情况；下面分别说明两种张拉方式对预应力筋内力的计算方法：

1)单根分批张拉

按方程(4)求得的施调预应力筋内力向量{ΔF}仅为预应力筋内力调整的增加值，实际施工时，需要在此基础上得到预应力筋的引伸机张拉力，用{N}表示；这里仅考虑各预应力筋单根分批张拉而非多根分批同步张拉时，预应力筋引伸机张拉力{N}的计算方法；

设网架结构共n根预应力筋，按1～n次序分n批单根张拉；

张拉1号预应力筋，按照方程式(4)，预应力筋张拉前后其内力分别为：

式中：右上标f和b别代表该批次预应力筋张拉前和张拉后；P₁₀为初始预应力筋内力，若要实现增量ΔF₁，其引伸机张拉力必须为

张拉i号预应力筋，i为张拉次序号而非预应力筋号，按照方程式(4)，预应力筋张拉前后其内力分别为：

虽然在式(7)的基础上实现式(8)，其增量只有ΔF_i，但考虑到引伸机张拉时，数显表反应的是该预应力筋的总预应力，因此，张拉i号预应力筋时，其引伸机张拉力等于即

N_i＝P_i0+a_i1ΔF₁+a_i2ΔF₂+…+a_ii-1ΔF_i-1+ΔF_i (9)；

故，预应力筋引伸机张拉力为：

对于i号次张拉的预应力筋，引伸机张拉力N_i由3部分组成：(1)初始预应力筋内力F_0i；(2)1～(i-1)号引伸机的施调张拉力对预应力筋i号的影响(3)施调预应力筋内力ΔF_i，前两部分为i号预应力筋的已存预应力，第3部分为其增量，即施调向量；

当全部预应力筋张拉完成后，方程(4)将得到自动满足；由式(9)可知：预应力筋内力调整阶段，预应力筋引伸机张拉力与预应力筋内力初始值、调整顺序有关；

2)双根分批张拉

考虑按两根预应力筋分批同步张拉，假设第i-1号、第i号吊杆同时张拉，根据上文推导，张拉第i-1号、第i号预应力筋前其已存预应力分别为：

而张拉之后，预应力筋内力期望值为：

依照上节的原理可知，同时张拉第i-1号、第i号预应力筋时，引伸机张拉力为：

③提升过程中的动态平衡法：

钢结构提升会进行结构体系的转换，由胎架支撑状态转换为吊索提升状态，此过程将引起钢结构的内力重分布，钢结构约束状态由地面胎架铰接支撑约束变为吊点竖向约束；在提升过程中，按照设计的提升力向量{T_g}提升时，提升力对结构基本没有影响，考虑提升过程中索力的波动，提升过程中实际的吊索内力为{T_m}＝{T_g}+[C]{T}，当产生提升力波动向量{T_m}-{T_g}＝{ΔT}的时，需要考虑在提升过程中吊索内力的波动对预应力筋的影响：

{P}+[B]{ΔT}＝{P_m} (13)；

式中：{P}和{P_m}为预应力筋内力受调向量，即结构调整时的目标向量，可根据具体结构和目标的不同取内力和位移等结构反应值；{P}为张拉预应力后的预应力筋期望内力值；{P_m}为实际达到的预应力筋内力值；{ΔT}为施调向量；[B]为结构对受调向量的影响矩阵；

式中：b_ij表示第j个吊索产生单位力时对第i个预应力筋的影响量；

为保证网架结构的受力合理，根据式(3)将网架下部预应力筋受吊索影响后的内力向量{P_m}调整为预应力筋期望内力值{P}：

{P_m}+[A]{ΔF}＝{P} (14)

控制系统根据由实时的{P_m}计算得到修正向量{ΔF}，进行全过程的标高自动调节控制；

{ΔF}＝[A]^-1[-B]{ΔT} (15)。

2.根据权利要求1所述的挠度自由控制的多点大跨度空间钢结构整体连续提升方法，其特征在于，步骤1)中，先根据胎架定位图安装胎架，然后根据钢结构深化平面布置图布置结点，再将对应的杆件吊装就位并与结点点焊固定。

3.根据权利要求1或2所述的挠度自由控制的多点大跨度空间钢结构整体连续提升方法，其特征在于，步骤2)中，先利用建筑模型信息化技术将钢结构、补缺杆件、提升扒杆整体建模，通过碰撞检测，优化提升扒杆设计，再安装提升扒杆。

4.根据权利要求1或2所述的挠度自由控制的多点大跨度空间钢结构整体连续提升方法，其特征在于，步骤6)中，预提升时分控受力较小的吊点先受力，再启动受力较大的吊点，分级加载使钢结构离开拼装胎架，当钢结构离开拼装胎架100mm后，暂停提升控制系统，让钢结构在空中停留≥6h，同时作全面检查，各项检查正常无误后可进行正式提升。

5.根据权利要求1或2所述的挠度自由控制的多点大跨度空间钢结构整体连续提升方法，其特征在于，步骤7)中，正式提升前进行姿态检测调整，利用全站仪检测各吊点的离地距离，计算出各吊点相对高差，通过提升控制系统调整各吊点高度，使钢结构达到设计姿态。