[发明专利]一种确定张拉索杆结构初始预应力分布的预载回弹方法

权利要求书

1.一种确定张拉索杆结构初始预应力分布的预载回弹方法，其特征在于：首先，对结构施加一个预设荷载，获得结构抵抗预设荷载的初始内力模态，然后，撤除预设荷载，将该内力模态作为预应力施加至结构上，使结构在初始内力作用下回弹，即可得到张拉索杆结构整体可行预应力模态。

2.根据权利要求1所述的确定张拉索杆结构初始预应力分布的预载回弹方法，其特征在于：在对结构施加一个预设荷载过程中，根据结构变形的情况，对结构的材料弹性模量进行放大，以减小结构的变形。

3.根据权利要求2所述的确定张拉索杆结构初始预应力分布的预载回弹方法，其特征在于：在回弹过程中，采用两阶段变弹性模量迭代计算：第一阶段仍然保持材料弹性模量放大，使结构处于小变形状态，获得给定几何条件下结构预应力分布；当满足力收敛条件后，再将结构的材料弹性模量缩小进行第二阶段迭代，排除线性刚度矩阵的影响；计算后，若力和位移同时满足收敛条件，则证明该内力模态已满足要求，已求得目标整体可行预应力模态，不需再进行迭代；若不满足，则同时更新预应力与节点坐标，进行迭代，直至收敛。

4.根据权利要求1、2或3所述的确定张拉索杆结构初始预应力分布的预载回弹方法，其特征在于：所述预载回弹方法的具体方法是：

放大尚未施加预应力的张拉索杆结构的材料弹性模量，并施加预设荷载P，使其处于小变形状态，可获得一组结构内力N，由力平衡关系，该组内力N恰好能抵抗预设荷载P；若提取预载工况下的单元内力N作为预应力施加至结构上，并撤除预设荷载P，张拉索杆结构将在N的作用下回弹到一个新的平衡态，其刚度矩阵记为：

K^TΔU＝ΔN

即：K^TΔU＝-ΔP

其中，切线刚度矩阵K^T可拆分为：

K^T＝K⁰+K^g

K⁰为线性刚度矩，反映的是单元材料特性、截面特性和几何特性对结构刚度的贡献；K^g为几何刚度矩阵，反映的是当前构件内力对结构刚度的贡献；此时的单元内力N₂，对应于此时的几何刚度矩阵K^g；

此时的状态：无外荷载，存在单元内力模态N₂，此内力模态利于抵抗结构主要承受的荷载P，如果施加的预设荷载P为对称荷载，则实际上已经自动为构件的内力进行了分组，若单元内力模态N₂满足拉索受拉，压杆受压，则内力模态N₂就是一组有利于抵抗荷载P的较优整体可行预应力模态。

5.根据权利要求4所述的确定张拉索杆结构初始预应力分布的预载回弹方法，其特征在于：在第一阶段大弹模迭代过程中，只迭代预张力，将单元预应力更新为上一步回弹后的单元内力，直至满足力收敛条件；而在第一步回弹过程中，由于施加的单元初始内力大部分将转化为弹性变形，故可适当等比例放大单元初始内力，以在弹性变形发生后，尽可能多的保留对几何刚度K^g起贡献的单元内力，放大的倍数以控制结构处于小变形状态来确定；后续的内力迭代过程中，也可依据预应力转为弹性变形的量酌情放大，但均需将结构变形控制在小变形范围内。

6.根据权利要求5所述的确定张拉索杆结构初始预应力分布的预载回弹方法，其特征在于：当单元内力收敛后，再采用小弹模法进行第二阶段迭代：将材料弹性模量缩小，以将线性刚度矩阵K⁰对结构的贡献降低至可忽略的程度，此时结构的刚度将几乎完全由预应力提供的几何刚度K^g组成，且能保持设定的预应力基本不变。