[發(fā)明專利]一種輪輻式張拉體系的結(jié)構(gòu)確定方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710378618.5
• 申請(qǐng)日: 2017-05-25
• 公開（公告）號(hào): CN107194080A
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張?jiān)聫?qiáng);丁潔民;張崢;黃卓駒;李璐;周旋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 上?？剖⒅R(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司31225
• 代理人: 葉敏華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)找形領(lǐng)域，尤其是涉及一種輪輻式張拉體系的結(jié)構(gòu)確定方法。

背景技術(shù)

輪輻式張拉結(jié)構(gòu)是在張拉結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上根據(jù)自行車車輪輻條結(jié)構(gòu)概念提出來的，這種結(jié)構(gòu)體系具有張拉結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，同時(shí)克服了一般張拉結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜、傳力不直接和容易形成機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)。這種結(jié)構(gòu)輕巧美觀，能夠與建筑造型和建筑美學(xué)很好的融合。同時(shí)有研究表明，隨著跨度的增加，其造價(jià)增加并不大，這在大跨度空間結(jié)構(gòu)方面具有很大的優(yōu)勢(shì)。近年來該結(jié)構(gòu)體系深受建筑師的喜愛，在大型體育場(chǎng)得到廣泛的應(yīng)用，但確定該結(jié)構(gòu)體系的幾何形態(tài)和相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力分布比較困難。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)上述問題提供一種輪輻式張拉體系的結(jié)構(gòu)確定方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種輪輻式張拉體系的結(jié)構(gòu)確定方法，所述方法包括下列步驟：

1)根據(jù)輪輻式張拉體系的結(jié)構(gòu)參數(shù)，確定輪輻式張拉體系的結(jié)構(gòu)模型；

2)對(duì)步驟1)中建立的結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行受力分析，得到相關(guān)的線性方程組；

3)判斷步驟2)得到的線性方程組是否得到最優(yōu)解，若是則得到輪輻式張拉體系的結(jié)構(gòu)，若否則修改輪輻式張拉體系的結(jié)構(gòu)參數(shù)并返回步驟1)。

所述步驟1)具體為：

11)接收外界輸入的輪輻式張拉體系的結(jié)構(gòu)參數(shù)；

12)根據(jù)步驟11)接收的結(jié)構(gòu)參數(shù)，通過參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件確定輪輻式張拉體系的結(jié)構(gòu)。

所述輪輻式張拉體系的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括上壓環(huán)參數(shù)、內(nèi)拉環(huán)參數(shù)、下壓環(huán)參數(shù)、索桁架榀數(shù)、承重索參數(shù)、吊索參數(shù)、穩(wěn)定索參數(shù)、上壓環(huán)環(huán)索參數(shù)和吊索數(shù)。

所述參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件通過Python語言實(shí)現(xiàn)。

所述步驟2)具體為：

21)接收外界輸入的預(yù)應(yīng)力分析初始參數(shù)；

22)根據(jù)步驟21)接收的預(yù)應(yīng)力分析初始參數(shù)，計(jì)算步驟1)中建立的結(jié)構(gòu)模型的預(yù)應(yīng)力分布；

23)根據(jù)步驟22)計(jì)算得到的結(jié)構(gòu)模型的預(yù)應(yīng)力分布，計(jì)算結(jié)構(gòu)模型在初始態(tài)和荷載態(tài)下的受力性能，得到相關(guān)的線性方程組。

所述預(yù)應(yīng)力分析初始參數(shù)包括主動(dòng)索初始拉力和被動(dòng)索初始拉力。

所述步驟22)具體為：通過矩陣平衡法計(jì)算，結(jié)合步驟21)接收的預(yù)應(yīng)力分析參數(shù)，得到步驟1)中建立的結(jié)構(gòu)模型的預(yù)應(yīng)力分布。

所述計(jì)算結(jié)構(gòu)模型在初始態(tài)和荷載態(tài)下的受力性能具體為：通過牛頓-拉夫遜法將非線性的結(jié)構(gòu)模型的預(yù)應(yīng)力分布變換為線性方程組。

所述判斷步驟2)得到的線性方程組是否得到最優(yōu)解具體為：根據(jù)結(jié)構(gòu)模型的受力結(jié)果參數(shù)最小化原則判斷步驟2)中得到相關(guān)的線性方程組是否得到最優(yōu)解，若是則表明受力分析結(jié)果達(dá)到最優(yōu)，若否則表明受力分析結(jié)果未達(dá)到最優(yōu)。

所述受力結(jié)果參數(shù)包括應(yīng)變能或預(yù)應(yīng)力。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)通過確定輪輻式張拉體系的結(jié)構(gòu)參數(shù)，對(duì)輪輻式張拉體系進(jìn)行結(jié)構(gòu)找形分析，繼而再通過受力分析對(duì)輪輻式張拉體系進(jìn)行結(jié)構(gòu)找力分析，通過結(jié)構(gòu)找力分析和結(jié)構(gòu)找形分析的結(jié)合，可以充分確定最符合當(dāng)前情況的輪輻式張拉體系結(jié)構(gòu)，確保得到結(jié)果的準(zhǔn)確性。

(2)對(duì)于輪輻式張拉體系進(jìn)行結(jié)構(gòu)找形分析時(shí)，通過輸入?yún)?shù)得到其初始結(jié)構(gòu)，并結(jié)合找形分析的結(jié)果對(duì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，從而對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行修正，保證了輪輻式張拉體系可以滿足受力最優(yōu)，從而使得得到的結(jié)果最好且具有實(shí)用性。

(3)輪輻式張拉體系的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括上壓環(huán)參數(shù)、內(nèi)拉環(huán)參數(shù)、下壓環(huán)參數(shù)、索桁架榀數(shù)、承重索參數(shù)、吊索參數(shù)、穩(wěn)定索參數(shù)、上壓環(huán)環(huán)索參數(shù)和吊索數(shù)，充分考慮了輪輻式張拉體系的所有關(guān)鍵參數(shù)，從而提升了最后結(jié)果的準(zhǔn)確性。

(4)參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件通過Python語言實(shí)現(xiàn)，便于實(shí)現(xiàn)的同時(shí)也保證了參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件的高運(yùn)算速度。

(5)對(duì)于輪輻式張拉體系進(jìn)行結(jié)構(gòu)找力分析時(shí)，首先接收預(yù)應(yīng)力分析的初始參數(shù)，充分考慮到了輪輻式張拉結(jié)構(gòu)為全柔性結(jié)構(gòu)，在未施加初始預(yù)應(yīng)力之前，結(jié)構(gòu)并不具有剛度和承載能力，且初始參數(shù)是根據(jù)結(jié)構(gòu)所處地區(qū)的實(shí)際情況確定的，因而得到的結(jié)果也更具有實(shí)際意義和應(yīng)用價(jià)值。

(6)通過矩陣平衡法計(jì)算預(yù)應(yīng)力分布，該方法準(zhǔn)確度高且便于計(jì)算，實(shí)用性能強(qiáng)。

(7)最后通過判斷應(yīng)變能或預(yù)應(yīng)力是否達(dá)到最小來判斷結(jié)構(gòu)是否達(dá)到最優(yōu)，可以根據(jù)結(jié)構(gòu)所處環(huán)境選擇判斷方法，靈活性強(qiáng)，適應(yīng)性好。

附圖說明

圖1為輪輻式張拉體系的結(jié)構(gòu)確定方法的流程圖。

具體實(shí)施方式