本發(fā)明涉及結構找形領域，尤其是涉及一種輪輻式張拉體系的結構確定方法。

背景技術：

輪輻式張拉結構是在張拉結構的基礎上根據(jù)自行車車輪輻條結構概念提出來的，這種結構體系具有張拉結構的受力特點，同時克服了一般張拉結構體系復雜、傳力不直接和容易形成機構的缺點。這種結構輕巧美觀，能夠與建筑造型和建筑美學很好的融合。同時有研究表明，隨著跨度的增加，其造價增加并不大，這在大跨度空間結構方面具有很大的優(yōu)勢。近年來該結構體系深受建筑師的喜愛，在大型體育場得到廣泛的應用，但確定該結構體系的幾何形態(tài)和相應的預應力分布比較困難。

技術實現(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構確定方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn)：

一種輪輻式張拉體系的結構確定方法，所述方法包括下列步驟：

1)根據(jù)輪輻式張拉體系的結構參數(shù)，確定輪輻式張拉體系的結構模型；

2)對步驟1)中建立的結構模型進行受力分析，得到相關的線性方程組；

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構，若否則修改輪輻式張拉體系的結構參數(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構參數(shù)；

12)根據(jù)步驟11)接收的結構參數(shù)，通過參數(shù)化設計軟件確定輪輻式張拉體系的結構。

所述輪輻式張拉體系的結構參數(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)接收外界輸入的預應力分析初始參數(shù)；

22)根據(jù)步驟21)接收的預應力分析初始參數(shù)，計算步驟1)中建立的結構模型的預應力分布；

23)根據(jù)步驟22)計算得到的結構模型的預應力分布，計算結構模型在初始態(tài)和荷載態(tài)下的受力性能，得到相關的線性方程組。

所述預應力分析初始參數(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，結合步驟21)接收的預應力分析參數(shù)，得到步驟1)中建立的結構模型的預應力分布。

所述計算結構模型在初始態(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構模型的預應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)結構模型的受力結果參數(shù)最小化原則判斷步驟2)中得到相關的線性方程組是否得到最優(yōu)解，若是則表明受力分析結果達到最優(yōu)，若否則表明受力分析結果未達到最優(yōu)。

所述受力結果參數(shù)包括應變能或預應力。

與現(xiàn)有技術相比，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構參數(shù)，對輪輻式張拉體系進行結構找形分析，繼而再通過受力分析對輪輻式張拉體系進行結構找力分析，通過結構找力分析和結構找形分析的結合，可以充分確定最符合當前情況的輪輻式張拉體系結構，確保得到結果的準確性。

(2)對于輪輻式張拉體系進行結構找形分析時，通過輸入?yún)?shù)得到其初始結構，并結合找形分析的結果對參數(shù)進行優(yōu)化，從而對結構進行修正，保證了輪輻式張拉體系可以滿足受力最優(yōu)，從而使得得到的結果最好且具有實用性。

(3)輪輻式張拉體系的結構參數(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鍵參數(shù)，從而提升了最后結果的準確性。

(4)參數(shù)化設計軟件通過python語言實現(xiàn)，便于實現(xiàn)的同時也保證了參數(shù)化設計軟件的高運算速度。

(5)對于輪輻式張拉體系進行結構找力分析時，首先接收預應力分析的初始參數(shù)，充分考慮到了輪輻式張拉結構為全柔性結構，在未施加初始預應力之前，結構并不具有剛度和承載能力，且初始參數(shù)是根據(jù)結構所處地區(qū)的實際情況確定的，因而得到的結果也更具有實際意義和應用價值。

(6)通過矩陣平衡法計算預應力分布，該方法準確度高且便于計算，實用性能強。

(7)最后通過判斷應變能或預應力是否達到最小來判斷結構是否達到最優(yōu)，可以根據(jù)結構所處環(huán)境選擇判斷方法，靈活性強，適應性好。

附圖說明

圖1為輪輻式張拉體系的結構確定方法的流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。本實施例以本發(fā)明技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護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構確定方法，包括下列步驟：

1)根據(jù)輪輻式張拉體系的結構參數(shù)，確定輪輻式張拉體系的結構模型：

11)接收外界輸入的輪輻式張拉體系的結構參數(shù)；

12)根據(jù)步驟11)接收的結構參數(shù)，通過參數(shù)化設計軟件確定輪輻式張拉體系的結構；

2)對步驟1)中建立的結構模型進行受力分析，得到相關的線性方程組：

21)接收外界輸入的預應力分析初始參數(shù)；

22)根據(jù)步驟21)接收的預應力分析初始參數(shù)，計算步驟1)中建立的結構模型的預應力分布：

通過矩陣平衡法計算，結合步驟21)接收的預應力分析參數(shù)，得到步驟1)中建立的結構模型的預應力分布；

23)根據(jù)步驟22)計算得到的結構模型的預應力分布，計算結構模型在初始態(tài)和荷載態(tài)下的受力性能，得到相關的線性方程組，具體為：

通過牛頓-拉夫遜法將非線性的結構模型的預應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構，若否則修改輪輻式張拉體系的結構參數(shù)并返回步驟1)，具體為：

根據(jù)結構模型的受力結果參數(shù)最小化原則判斷步驟2)中得到相關的線性方程組是否得到最優(yōu)解，若是則表明受力分析結果達到最優(yōu)，若否則表明受力分析結果未達到最優(yōu)。

其中，輪輻式張拉體系的結構參數(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)化設計軟件通過python語言實現(xiàn)，預應力分析初始參數(shù)包括主動索初始拉力和被動索初始拉力，受力結果參數(shù)包括應變能或預應力。

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