基于上部网格初始位形平衡的索结构索杆系形态确定方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115859429A(43)申请公布日2023.03.28(21)申请号202211523436.X(22)申请日2022.11.30(71)申请人东南大学地址210018江苏省南京市玄武区四牌楼2号(72)发明人罗斌阮杨捷张宁远黄立凡(74)专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司32200专利代理师李想(51)Int.Cl.G06F30/13(2020.01)G06F119/14(2020.01)权利要求书2页说明书4页附图3页(54)发明名称基于上部网格初始位形平衡的索结构索杆系形态确定方法(57)摘要本发明涉及土木工程预应力索结构技术领域，特别是涉及基于上部网格初始位形平衡的下部索杆系形态确定方法。一般情况下，索结构设计先根据建筑内部空间功能要求及类似工程经验确定下部索杆系的位形后，然后通过找力分析确定其预应力。对于较为复杂的工程，仅通过找力分析是难以达到目标要求的。本发明提出了一种索杆系形态优化方法，在局部控制索力已知的前提下，采用迭代方法同时更新找形节点的坐标和找力单元的预张力，优化确定全局索杆系的位形和预应力，从而大大提高结构设计效率，实现基于上部网格初始位形的恒载平衡态，即在恒载和预应力共同作用下，上部网格的竖向位移接近0，上部网格的变形和受力最小。CN115859429ACN115859429A权利要求书1/2页1.基于上部网格初始位形平衡的索结构索杆系形态确定方法，其特征在于：步骤如下：1)、建立双层索结构初始模型，并施加荷载、边界条件；2)、选取模型中下部索杆系中的形控节点确定形控节点的形控方向，设置形控节点中迭代收敛值ucvg；3)、选取模型中下部索杆系中的找形节点确定找形节点的找形方向；4)、选取模型中下部索杆系中的力控单元采用小弹性模量法对其施加已知预应力为步骤1)中的施加的荷载；5)、选取模型中下部索杆系中的找力单元在上施加预应力迭代初始值pi(0)；6)、针对步骤1)、步骤4)、步骤5)中的模型、荷载、边界条件及找力单元中施加的预应力迭代初始值，进行首次几何非线性静力求解，获得结构变形后的平衡态；7)、第k次迭代更新找形节点的坐标值ci(k)和找力单元的预应力pi(k)，具体迭代策略为：对于找形节点：ci(k)＝ci(k‑1)+β×ui(k‑1)，其中ci(k‑1)和ui(k‑1)分别为第k‑1次迭代的第i个找形节点在找形方向上的坐标和位移；β为迭代加速系数，且β≥1.0；对于找力单元：pi(k)＝σi(k‑1)，其中σi(k‑1)为第k‑1次迭代的第i个找力单元在平衡态的轴应力；8)根据第k次迭代更新的找形节点坐标和找力单元预应力，进行第k+1次几何非线性静力求解，获得结构变形后的平衡态9)、依据步骤2)中的迭代收敛值ucvg，判断是否满足收敛标准：若满足，则结束迭代；若不满足，则回到第7)步重新迭代。2.根据权利要求1所述的基于上部网格初始位形平衡的索结构索杆系形态确定方法，其特征在于：迭代收敛标准为平衡态下的形控节点在形控方向上的最大位移3.根据权利要求1所述的基于上部网格初始位形平衡的索结构索杆系形态确定方法，其特征在于：所述的形控节点为下部索杆系中撑杆与上部网格连接的节点。4.根据权利要求1所述的基于上部网格初始位形平衡的索结构索杆系形态确定方法，其特征在于：所述的找形节点为下部索杆系中撑杆与拉索连接的节点。5.根据权利要求1所述的基于上部网格初始位形平衡的索结构索杆系形态确定方法，其特征在于：所述的找形方向可为单方向或多方向。6.根据权利要求1所述的基于上部网格初始位形平衡的索结构索杆系形态确定方法，其特征在于：所述的力控单元为下部索杆系中在结构平衡态下已知轴力的索单元或杆单元。7.根据权利要求1所述的基于上部网格初始位形平衡的索结构索杆系形态确定方法，其特征在于：所述的找力单元为下部索杆系中除力控单元以外的撑杆与拉索。8.根据权利要求1所述的基于上部网格初始位形平衡的索结构索杆系形态确定方法，2CN115859429A权利要求书2/2页其特征在于：小弹性模量法是调整对应单元的材料弹性模量为小值，从而在双层索结构模型发生变形后，该单元两端节点发生相对位移所产生的弹性应力小，则对应单元的轴应力与所施加的预应力保持一致；力控单元在平衡态下的轴应力恒等于已知的对应单元不受找力单元的预应力更新和找形节点的坐标更新的影响。3CN115859429A说明书1/4页基于上部网格初始位形平衡的索结构索杆系形态确定方法技术领域[0001]本发明涉及土木工程预应力索结构技术领域，特别是涉及基于上部网格初始位形平衡的下部索杆系形态确定方法。背景技术[0002]随着时代发展和社会进步，一些大型的公共建筑是国家或地区的文化符号和实力象征。大跨空间