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，同時克服了一般張拉結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜、傳力不直接和容易形成機構(gòu)的缺點。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。同時有研究表明，隨著跨度的增加，其造價增加并不大，這在大跨度空間結(jié)構(gòu)方面具有很大的優(yōu)勢。近年來該結(jié)構(gòu)體系深受建筑師的喜愛，在大型體育場得到廣泛的應(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。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對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)計軟件通過python語言實現(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)計算得到的結(jié)構(gòu)模型的預(yù)應(yīng)力分布，計算結(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)包括主動索初始拉力和被動索初始拉力。

所述步驟22)具體為：通過矩陣平衡法計算，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)對于輪輻式張拉體系進(jìn)行結(jié)構(gòu)找形分析時，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)果對參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，從而對結(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)計軟件通過python語言實現(xiàn)，便于實現(xiàn)的同時也保證了參數(shù)化設(shè)計軟件的高運算速度。

(5)對于輪輻式張拉體系進(jìn)行結(jié)構(gòu)找力分析時，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)的實際情況確定的，因而得到的結(jié)果也更具有實際意義和應(yīng)用價值。

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

(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，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。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本實施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實施例。

本實施例提供的是一種輪輻式張拉體系的結(jié)構(gòu)確定方法，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：

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)計軟件確定輪輻式張拉體系的結(jié)構(gòu)；

2)對步驟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：

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)，計算步驟1)中建立的結(jié)構(gòu)模型的預(yù)應(yīng)力分布：

通過矩陣平衡法計算，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；

23)根據(jù)步驟22)計算得到的結(jié)構(gòu)模型的預(yù)應(yīng)力分布，計算結(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，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。；

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)，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)。

其中，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)，參數(shù)化設(shè)計軟件通過python語言實現(xiàn)，預(yù)應(yīng)力分析初始參數(shù)包括主動索初始拉力和被動索初始拉力，受力結(jié)果參數(shù)包括應(yīng)變能或預(yù)應(yīng)力。

根據(jù)上述步驟來具體確定輪輻式張拉體系的結(jié)構(gòu)的過程為：參數(shù)化設(shè)計采用python語言編制參數(shù)化的模塊，最終通過調(diào)節(jié)若干個參數(shù)可以創(chuàng)建結(jié)構(gòu)的整體模型；將得到的模型導(dǎo)入有限元軟件，通過編制的找形分析有限元插件利用矩陣平衡法找出結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力分布，并計算結(jié)構(gòu)在初始態(tài)和荷載態(tài)下的受力性能，通過參數(shù)化設(shè)計軟件和有限元軟件的若干次循化設(shè)計，根據(jù)最小應(yīng)變能原則或最小預(yù)應(yīng)力方差原則找到線性方程組的最優(yōu)解，最終找出結(jié)構(gòu)的合理形態(tài)和預(yù)應(yīng)力分布。實際操作過程即為：將參數(shù)化的模型轉(zhuǎn)化為dxf格式，通過編制的導(dǎo)入插件一鍵導(dǎo)入到有限元軟件中，然后通過編制的找形分析插件進(jìn)行找力分析。找力分析前需要設(shè)置主動索和被動索的初始拉力，其余的剛性桿均設(shè)置成普通單元，點擊開始找出結(jié)構(gòu)的初始預(yù)應(yīng)力分布。