[發(fā)明專利]一種單拱空間索組合結(jié)構(gòu)找形方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211002303.8
• 申請(qǐng)日: 2022-08-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115081097B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-11-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓振勇;王秀艷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)建筑第六工程局有限公司;天津城建設(shè)計(jì)院有限公司
• 主分類號(hào): G06F30/13
• 分類號(hào): G06F30/13;G06F30/20;G06F17/18;G06F17/16;G06F119/14
• 代理公司: 天津市新天方專利代理有限責(zé)任公司 12104
• 代理人: 張永芬

本發(fā)明是一種單拱空間索組合結(jié)構(gòu)找形方法，具體步驟為：初擬單拱線形，劃分并進(jìn)行單拱節(jié)點(diǎn)、單元編號(hào)；確定空間索的根數(shù)及拱上掛索位置；確定空間索在另一端的掛索位置，確定吊索拉力；將空間拱組合結(jié)構(gòu)投影為x?z平面、x?y平面兩個(gè)耦合計(jì)算模型；劃分拱單元、定義其軸力，求解索力三方向分量；拱肋自重計(jì)算確定；計(jì)算拱單元軸力三分量，拱單元沿x方向長(zhǎng)度分量；拱腳節(jié)點(diǎn)水平推力賦初值，其它節(jié)點(diǎn)水平推力計(jì)算；n*n矩陣數(shù)據(jù)形成；定義坐標(biāo)行列式；定義荷載行列式；求解矩陣，得到坐標(biāo)行列式的初步解；滿足設(shè)計(jì)精度后結(jié)束迭代計(jì)算。本發(fā)明不進(jìn)行有限元分析，避免了超靜定結(jié)構(gòu)及非線性分析，降低了結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)長(zhǎng)，提高了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及土木工程的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種單拱空間索組合結(jié)構(gòu)找形方法。

背景技術(shù)

單拱空間索組合結(jié)構(gòu)線條優(yōu)美，在展館、體育場(chǎng)、車站等城市景觀建筑中廣泛使用，具有明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。在計(jì)算理論方面，受索單元掛索的位置限制，其與單拱固結(jié)時(shí)為空間拱分布，空間拱的位置受索力影響，較難確定其空間坐標(biāo)。從受力角度來(lái)看，拱為主要受壓、次要受彎的結(jié)構(gòu)，索為受拉結(jié)構(gòu)，如果外荷載單一或組合較為固定，空間拱結(jié)構(gòu)可近似采用合理拱軸線的概念，完成單拱空間拱結(jié)構(gòu)的找形計(jì)算，但目前土木工程界、工程力學(xué)界、軟件分析領(lǐng)域仍無(wú)有效合理的方法進(jìn)行解決。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，根據(jù)拱結(jié)構(gòu)主要承壓、受彎荷載很小、索結(jié)構(gòu)受拉的受力特征，提供一種單拱空間索組合結(jié)構(gòu)找形方法，該方法力學(xué)概念清晰、發(fā)揮出了拱、索組合結(jié)構(gòu)的受力優(yōu)勢(shì)，計(jì)算時(shí)長(zhǎng)短，提高曲線單拱空間索組合結(jié)構(gòu)的找形迭代計(jì)算效率，滿足工程結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的初步概念設(shè)計(jì)需求。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用以下技術(shù)方案：

一種單拱空間索組合結(jié)構(gòu)找形方法，具體步驟為：

S1：初擬單拱線形，劃分并進(jìn)行單拱節(jié)點(diǎn)、單元編號(hào)：

初擬單拱的線形為二次拋物線形，劃分單拱節(jié)點(diǎn)數(shù)為n，令拱腳處節(jié)點(diǎn)分布為1號(hào)、n號(hào)，若令i作為任意一節(jié)點(diǎn)編號(hào)，則其余任意一節(jié)點(diǎn)i的分布范圍為2號(hào)~n-1號(hào)；

S2：確定空間索的根數(shù)及拱上掛索位置：

確定空間索的根數(shù)為n-2，其在單拱上的掛索位置對(duì)應(yīng)為2號(hào)~n-1號(hào)；

S3：確定空間索在另一端的掛索位置，確定吊索拉力：

確定空間索另一端的掛索位置，賦值各吊索張拉力分布為F_i；

S4：將空間拱組合結(jié)構(gòu)投影為x-z平面、x-y平面兩個(gè)耦合計(jì)算模型：

建立笛卡爾坐標(biāo)系，令單拱水平投影方向?yàn)閤方向，單拱高度方向分布為y、z方向，任意一拱節(jié)點(diǎn)i的三維坐標(biāo)為（x_i，y_i，z_i），將索拱組合結(jié)構(gòu)沿x-z平面、x-y平面做投影，形成兩個(gè)耦合的平面拱計(jì)算模型；

S5：劃分拱單元、定義其軸力，求解索力三方向分量：