CN107194080B - 一种轮辐式张拉体系的结构确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种轮辐式张拉体系的结构确定方法，所述方法包括下列步骤：根据轮辐式张拉体系的结构参数，确定轮辐式张拉体系的结构模型；对结构模型进行受力分析，得到相关的线性方程组；判断线性方程组是否得到最优解，若是则得到轮辐式张拉体系的结构，若否则修改轮辐式张拉体系的结构参数并返回修改结构模型。与现有技术相比，本发明具有结构确定准确、实现简单以及便于推广等优点。
Description
技术领域
本发明涉及结构找形领域，尤其是涉及一种轮辐式张拉体系的结构确定方法。
背景技术
轮辐式张拉结构是在张拉结构的基础上根据自行车车轮辐条结构概念提出来的，这种结构体系具有张拉结构的受力特点，同时克服了一般张拉结构体系复杂、传力不直接和容易形成机构的缺点。这种结构轻巧美观，能够与建筑造型和建筑美学很好的融合。同时有研究表明，随着跨度的增加，其造价增加并不大，这在大跨度空间结构方面具有很大的优势。近年来该结构体系深受建筑师的喜爱，在大型体育场得到广泛的应用，但确定该结构体系的几何形态和相应的预应力分布比较困难。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题提供一种轮辐式张拉体系的结构确定方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种轮辐式张拉体系的结构确定方法，所述方法包括下列步骤：
1)根据轮辐式张拉体系的结构参数，确定轮辐式张拉体系的结构模型；
2)对步骤1)中建立的结构模型进行受力分析，得到相关的线性方程组；
3)判断步骤2)得到的线性方程组是否得到最优解，若是则得到轮辐式张拉体系的结构，若否则修改轮辐式张拉体系的结构参数并返回步骤1)。
所述步骤1)具体为：
11)接收外界输入的轮辐式张拉体系的结构参数；
12)根据步骤11)接收的结构参数，通过参数化设计软件确定轮辐式张拉体系的结构。
所述轮辐式张拉体系的结构参数包括上压环参数、内拉环参数、下压环参数、索桁架榀数、承重索参数、吊索参数、稳定索参数、上压环环索参数和吊索数。
所述参数化设计软件通过Python语言实现。
所述步骤2)具体为：
21)接收外界输入的预应力分析初始参数；
22)根据步骤21)接收的预应力分析初始参数，计算步骤1)中建立的结构模型的预应力分布；
23)根据步骤22)计算得到的结构模型的预应力分布，计算结构模型在初始态和荷载态下的受力性能，得到相关的线性方程组。
所述预应力分析初始参数包括主动索初始拉力和被动索初始拉力。
所述步骤22)具体为：通过矩阵平衡法计算，结合步骤21)接收的预应力分析参数，得到步骤1)中建立的结构模型的预应力分布。
所述计算结构模型在初始态和荷载态下的受力性能具体为：通过牛顿-拉夫逊法将非线性的结构模型的预应力分布变换为线性方程组。
所述判断步骤2)得到的线性方程组是否得到最优解具体为：根据结构模型的受力结果参数最小化原则判断步骤2)中得到相关的线性方程组是否得到最优解，若是则表明受力分析结果达到最优，若否则表明受力分析结果未达到最优。
所述受力结果参数包括应变能或预应力。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)通过确定轮辐式张拉体系的结构参数，对轮辐式张拉体系进行结构找形分析，继而再通过受力分析对轮辐式张拉体系进行结构找力分析，通过结构找力分析和结构找形分析的结合，可以充分确定最符合当前情况的轮辐式张拉体系结构，确保得到结果的准确性。
(2)对于轮辐式张拉体系进行结构找形分析时，通过输入参数得到其初始结构，并结合找形分析的结果对参数进行优化，从而对结构进行修正，保证了轮辐式张拉体系可以满足受力最优，从而使得得到的结果最好且具有实用性。
(3)轮辐式张拉体系的结构参数包括上压环参数、内拉环参数、下压环参数、索桁架榀数、承重索参数、吊索参数、稳定索参数、上压环环索参数和吊索数，充分考虑了轮辐式张拉体系的所有关键参数，从而提升了最后结果的准确性。
(4)参数化设计软件通过Python语言实现，便于实现的同时也保证了参数化设计软件的高运算速度。
(5)对于轮辐式张拉体系进行结构找力分析时，首先接收预应力分析的初始参数，充分考虑到了轮辐式张拉结构为全柔性结构，在未施加初始预应力之前，结构并不具有刚度和承载能力，且初始参数是根据结构所处地区的实际情况确定的，因而得到的结果也更具有实际意义和应用价值。
(6)通过矩阵平衡法计算预应力分布，该方法准确度高且便于计算，实用性能强。
(7)最后通过判断应变能或预应力是否达到最小来判断结构是否达到最优，可以根据结构所处环境选择判断方法，灵活性强，适应性好。
附图说明
图1为轮辐式张拉体系的结构确定方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本实施例提供的是一种轮辐式张拉体系的结构确定方法，包括下列步骤：
1)根据轮辐式张拉体系的结构参数，确定轮辐式张拉体系的结构模型：
11)接收外界输入的轮辐式张拉体系的结构参数；
12)根据步骤11)接收的结构参数，通过参数化设计软件确定轮辐式张拉体系的结构；
2)对步骤1)中建立的结构模型进行受力分析，得到相关的线性方程组：
21)接收外界输入的预应力分析初始参数；
22)根据步骤21)接收的预应力分析初始参数，计算步骤1)中建立的结构模型的预应力分布：
通过矩阵平衡法计算，结合步骤21)接收的预应力分析参数，得到步骤1)中建立的结构模型的预应力分布；
23)根据步骤22)计算得到的结构模型的预应力分布，计算结构模型在初始态和荷载态下的受力性能，得到相关的线性方程组，具体为：
通过牛顿-拉夫逊法将非线性的结构模型的预应力分布变换为线性方程组。；
3)判断步骤2)得到的线性方程组是否得到最优解，若是则得到轮辐式张拉体系的结构，若否则修改轮辐式张拉体系的结构参数并返回步骤1)，具体为：
根据结构模型的受力结果参数最小化原则判断步骤2)中得到相关的线性方程组是否得到最优解，若是则表明受力分析结果达到最优，若否则表明受力分析结果未达到最优。
其中，轮辐式张拉体系的结构参数包括上压环参数、内拉环参数、下压环参数、索桁架榀数、承重索参数、吊索参数、稳定索参数、上压环环索参数和吊索数，参数化设计软件通过Python语言实现，预应力分析初始参数包括主动索初始拉力和被动索初始拉力，受力结果参数包括应变能或预应力。
根据上述步骤来具体确定轮辐式张拉体系的结构的过程为：参数化设计采用Python语言编制参数化的模块，最终通过调节若干个参数可以创建结构的整体模型；将得到的模型导入有限元软件，通过编制的找形分析有限元插件利用矩阵平衡法找出结构的预应力分布，并计算结构在初始态和荷载态下的受力性能，通过参数化设计软件和有限元软件的若干次循化设计，根据最小应变能原则或最小预应力方差原则找到线性方程组的最优解，最终找出结构的合理形态和预应力分布。实际操作过程即为：将参数化的模型转化为DXF格式，通过编制的导入插件一键导入到有限元软件中，然后通过编制的找形分析插件进行找力分析。找力分析前需要设置主动索和被动索的初始拉力，其余的刚性杆均设置成普通单元，点击开始找出结构的初始预应力分布。
Claims (7)
1.一种轮辐式张拉体系的结构确定方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：
1)根据轮辐式张拉体系的结构参数，确定轮辐式张拉体系的结构模型；
2)对步骤1)中建立的结构模型进行受力分析，得到相关的线性方程组，具体为：
21)接收外界输入的预应力分析初始参数；
22)根据步骤21)接收的预应力分析初始参数，计算步骤1)中建立的结构模型的预应力分布，具体为：通过矩阵平衡法计算，结合步骤21)接收的预应力分析参数，得到步骤1)中建立的结构模型的预应力分布；
23)根据步骤22)计算得到的结构模型的预应力分布，计算结构模型在初始态和荷载态下的受力性能，得到相关的线性方程组；
所述计算结构模型在初始态和荷载态下的受力性能具体为：通过牛顿-拉夫逊法将非线性的结构模型的预应力分布变换为线性方程组；
3)判断步骤2)得到的线性方程组是否得到最优解，若是则得到轮辐式张拉体系的结构，若否则修改轮辐式张拉体系的结构参数并返回步骤1)。
2.根据权利要求1所述的轮辐式张拉体系的结构确定方法，其特征在于，所述步骤1)具体为：
11)接收外界输入的轮辐式张拉体系的结构参数；
12)根据步骤11)接收的结构参数，通过参数化设计软件确定轮辐式张拉体系的结构模型。
3.根据权利要求2所述的轮辐式张拉体系的结构确定方法，其特征在于，所述轮辐式张拉体系的结构参数包括上压环参数、内拉环参数、下压环参数、索桁架榀数、承重索参数、吊索参数、稳定索参数、上压环环索参数和吊索数。
4.根据权利要求2所述的轮辐式张拉体系的结构确定方法，其特征在于，所述参数化设计软件通过Python语言实现。
5.根据权利要求1所述的轮辐式张拉体系的结构确定方法，其特征在于，所述预应力分析初始参数包括主动索初始拉力和被动索初始拉力。
6.根据权利要求1所述的轮辐式张拉体系的结构确定方法，其特征在于，所述判断步骤2)得到的线性方程组是否得到最优解具体为：根据结构模型的受力结果参数最小化原则判断步骤2)中得到相关的线性方程组是否得到最优解，若是则表明受力分析结果达到最优，若否则表明受力分析结果未达到最优。
7.根据权利要求6所述的轮辐式张拉体系的结构确定方法，其特征在于，所述受力结果参数包括应变能或预应力。
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