[發明專利]一種索桿結構初始應變確定方法

有效

• 申請號: 201610218928.6
• 申請日: 2016-04-08
• 公開（公告）號: CN105631169B
• 公開（公告）日: 2018-08-07
• 發明（設計）人: 朱忠義;劉傳佳;張琳;王哲;劉飛;王毅;梁宸宇;李華峰;崔建華;徐金蓓;陳一
• 申請（專利權）人: 北京市建筑設計研究院有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京中建聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 11004
• 代理人: 宋元松

本發明提出了一種索桿結構初始應變確定方法，包括以下步驟：步驟1：將索桿結構的零狀態幾何位形設定為初始態目標幾何位形，經第一次有限元計算得到索桿結構的初始態節點位移；步驟2：調整索桿結構第一次計算后零狀態的初始應變；步驟3：得到索桿結構第k次有限元計算后初始態的節點位移、單元長度并迭代調整索桿結構第k次有限元計算后的零狀態初始應變；步驟4：判斷初始態是否成立，若是，則初始態幾何位形達到目標要求，即第k?1次有限元計算后得到索桿結構零狀態的初始應變滿足要求。本發明可直觀分析得到結構荷載態的位移變化量，并可以實現對特定索桿的初始應變進行調節，使求解目標更明確，分析過程更直觀、簡潔、高效。

技術領域

本發明涉及預應力索桿結構的形態分析的技術領域，特別涉及一種索桿結構初始應變確定方法。

背景技術

預應力索桿結構廣泛應用于體育場館、候機樓、高鐵站房、會展中心等大型公共建筑領域，尤其適用于大跨度屋蓋結構。索桿張力結構是由拉索和壓桿為基本單元組成的，它與一般傳統結構的最大區別是結構內部存在自應力模態和機構位移。如果結構可通過施加預應力提供剛度，雖然結構內部存在一階無窮小機構，但仍能像傳統結構一樣承受一定的荷載。在未施加預應力前，結構自身剛度無法維持形狀，體系處于松弛態，只有施加一定大小的預應力才能成形和承受荷載；且其預應力的大小和分布直接影響著結構的受力性能，只有結構中的預應力大小和分布合理，結構才能有良好的力學性能。因此求解索桿張力結構初始預應力分布是首先需要解決的關鍵問題。

形態分析是預應力索桿結構設計中最重要、最基礎的環節，針對預應力索桿結構的受力特點，可以將結構分析過程分為“零狀態”、“初始態”和“荷載態”。在數值分析中，零狀態對應為數值模型建立完成而未計算時的狀態；初始態對應為數值模型在考慮自重情況下施加預應力計算完成后的狀態；荷載態對應為數值模型在考慮自重施加預應力后，再施加其它荷載計算完畢后的狀態。形態分析的主要工作為確定預應力索桿結構初始態下結構的幾何位形及對應的預應力分布。對造型明確的建筑，可認為已知初始態下結構幾何位形，需要求解索桿中的預應力分布。

請參閱圖1及圖2，現有技術中通常采用“逆迭代法”進行預應力索桿結構的形態分析。圖1及圖2中，目標初始態幾何位形為第k次迭代后的零狀態幾何位形為G_Ak、初始態幾何位形為G_Bk、結構位移為U_k、位形迭代量為△_k，逆迭格式可以通過下列公式構造：

G_Ak+1＝G_Ak+△_k (2)

在給定的索桿初始預應力下，“逆迭代法”通過初始態下的位形變化量，逆向迭代得到零狀態下的幾何位形，最終求得滿足目標初始態位形的索桿初始應變。

上述方法實際是在給定的索桿初始預應力條件下迭代構造出從零狀態到初始態的節點位移，確定結構零狀態的位形。若給定的索桿初始預應力不同，求解得到的節點位移也不同，從而結構的零狀態位形也不同。因此，上述“逆迭代法”雖然可以求解出結構初始態下的預應變分布，但由于整個過程需要不斷改變節點的建模位置，造成荷載態時結構的節點位移包括了零狀態到初始態的位移，不能直觀得到后續荷載工況下結構的變形。而且此方法通過逆迭代調整建模節點位置，將改變與此節點相關的全部索桿的預應力大小，無法調節特定索桿的預應力水平，應用存在局限。

發明內容

本發明的目的是提出一種索桿結構初始應變確定方法，能通過迭代計算得到索桿張力結構零狀態下的初始應變，同時確保零狀態時索桿結構各個節點位置與初始態一致。

為達到上述目的，本發明提出了一種索桿結構初始應變確定方法，包括以下步驟：

步驟1：將索桿結構的零狀態幾何位形設定為其目標初始態幾何位形，經過第一次有限元計算得到索桿結構的初始態節點的位移為：