[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

说明书

本发明公开了一种张拉索杆结构初始预应力分布确定的预载回弹法，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，通过迭代计算即可得到张拉索杆结构整体可行预应力模态。本发明特别适用于多自应力模态结构，通过施加对称荷载，即可自动实现单元的分组，便于整体可行预应力的判定，并可直接获得多自应力模态结构的优化预应力模态。本发明的预载回弹法具有很高的精度、较快的收敛速度，求得的整体可行预应力模态直接适用于实际工程应用，可获得优化的张拉索杆结构形态。

技术领域

本发明涉及建筑工程技术领域，特别涉及一种确定张拉索杆结构初始预应力分布的预载回弹方法。

背景技术

张拉索杆结构由索和杆组成，在预应力施加前没有刚度和承载力。根据结构初始几何形状、构件的关联关系确定形成一定刚度的初始预应力是首先要解决的问题。

张拉索杆结构初始预应力分布确定的方法主要有节点力平衡法、二次奇异值法、非线性有限元法、力密度法和动力松弛法等。其中节点力平衡法适用于单自应力模态，且对称的简单、规则张拉索杆结构；二次奇异值分解法充分考虑张拉索杆结构的对称性及拉索受拉、压杆受压的特性，提出了整体可行预应力概念，建立了相应的判定准则，适用性广，但对多自应力模态结构，该方法求得多个整体预应力模态后，还需对其进行优化组合，而优化的方法有多种，优化目标设定多样，对实际应用造成了一定的困难。非线性有限元法、力密度法、动力松弛法等需对初始预应力分布先做出假设，求得的预应力分布不一定对应于原设定的初始几何形态。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种确定张拉索杆结构初始预应力分布的预载回弹方法，该方法既保留了整体可行预应力概念，且实现起来更加简便，特别适用于多自应力模态结构，具有广泛的适用性。

本发明技术的技术方案是这样实现的：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。

本发明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。

本发明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。

本发明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