浅谈智能预应力技术研究

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1、东南大学博士学位论文智能预应力技术研究姓名：徐伟炜申请学位级别：博士专业：结构工程指导教师：吕志涛20070601摘要智能预应力技术研究博士研究生：徐伟炜指导教师：吕志涛教授、院士摘要智能预应力技术是在传统预应力技术基础上的一次质的飞跃，尤其为解决受弯构件的微挠度控制和工程结构的小应力、小变形控制难题提供了新的重要途径。本文创新性的对智能预应力结构进行了相关的理论分析及试验研究。为智能预应力技术应用于工程实践作了初步的探索，如下所述。首先，在回顾预应力技术发展历史的基础上，探索和阐述了智能预应力技术的原理。通过介绍国内外智能预应力技术的研究现状和本文的研究背景

2、，展望了智能预应力技术的应用前景。其次，进行了智能预应力粱的非线性分析。运用能量法推导了纵张智能预应力粱的控制微分方程，采用瑞利一里兹方法进行了近似求解．并结合一个数值算例说明了此类智能预应力粱递推计算的一般步骤。运用有限元法推导了横张智能预应力粱的控制方程，并对智能预应力粱的设计变量及目标函数的选择进行了分析，还介绍了优化问题的三类搜索方法。再次，进行了职撑杆横张智能预应力梁的参数分析。运用ANsYs软件计算分析了双撑杆横张智能预应力简支粱中智能伸缩杆的布置方式、预应力索的截面面积以及智能伸缩杆的顶升方式这三个因素对系统消耗的能量、智能伸缩杆的杆力和智能伸缩

3、杆的伸长量这三个评价指标的影响，得出了相关结论及设计建议。针对参数分析中的模犁进行了相应的智能伸缩杆布置方式的优化，优化结果符合参数分析中得到的结论。针对双撑杆横张智能预应力梁，运用ANSYS参数化设计语言APDL编制了基于耗能最小化的仿真程序，并对三种典型移动荷载作用下智能预应力梁的挠度等变化量进行了仿真。在第四章，专门开展了智能预应力系统实现方法的研究。总结了实现智能预应力系统中传感器、控制器和作动器这三部分硬件的现有技术，并针对智能预应力系统对比分析了各种器件的优缺点，提出了相应的设计建议。阐述了控制算法的发展，并针对智能预应力系统探索性地提出了一种复合

4、智能控制算法思路。接着，进行了智能预应力粱的力学分析及模型试验研究。运用结构力学推导了单撑杆横张智能预应力粱的控制方程，进行了不考虑移动速度条件时的系统过程分析和考虑移动速度条件时的系统可控性分析，得出了智能预应力系统的荷载～速度可控区域图，并利用MATLAB软件进行了数值算例仿真。针对挠度控制目标，采用自研发的激光挠度限位计作为传感器，设计制作了～个跨度为2m的智能预应力桥梁模型，并通过静载试验和移动加载试验，演示了智能预应力系统的工作过程，探索了基于模拟控制信号的智能预应力系统的可行性。在第六章，探索了智能预应力在开启桥中的应用。介绍了作者发明的一种轻型立

5、转开启桥的创新结构形式和新型开合方式，阐述了辅助开合弹簧在其开合过程中的作用．并探讨了结构的振动解决方案。根据各类移动荷载作用下简支梁的虑变变化规律，创新性地提出了轻型立转开启桥中智能斜拉索系统的白适应模糊控制算法。针对轻型立转开启桥的两种开合方式，研究了各自的力学模型。并进行了对比分析，同时通过一个算例说明了此类开启桥的设计步骤。同时，在第七章进行了轻型智能预应力开启桥试验。针对应变控制目标，采用电阻应变片作为传感器，设计制作了一个跨度为4m的轻型智能预应力开启桥模型，并对智能预应力系统的自适应模糊控制算法进行了简化设计，编制了相应的分级控制算法软件。通过开

6、启桥的开合功能试验，检验了开启桥的开合性能。通过静载及移动加载试验，检验了智能预应力系统的工作性能，探索了基于数字控制信号的智能预应力系统的可行性。最后，探讨了智能预应力技术在托换结构、锚杆支护结构、荷载缓和体系、张拉整体结构，可展开结构，以及迁移工程和开合屋盖结构等方面的应用设想。关键词：智能结构，变形控制，智能预应力，力学分析，控制算法，开启桥，试验研究IIABSTRACTSTUDYONSMARTPRESTRESSlNGTECHNOLOGYCandidate：XUWeiweiSupervisor：Prof．LUZhimoSmartpryingtechnol

7、ogy(SPT)isa舒哪advanceforwardbasedonthetraditionalprestressingtechnology．Itprovidesanewandimportantapproachforsolvingthemicro-deflectioncontrolofflexuralcomponentsandthemicro-stressandmicro-deformationcontrolofengineeringstructures．Theprimarytheoreticalanalysisandexperimentalmsealches

8、ofthesmal'tprestres