[发明专利]一种索网结构的找形方法

说明书

本发明公开了一种索网结构的找形方法，所述找形方法具体为：在无荷载状态下利用经典力密度法得到一组索网的坐标和内力，以此构型为初始形态，在荷载作用下通过不断修正结构内力求解结构在该荷载下的节点坐标和内力，即可行形态，完成找形‑找力工作。本申请通过经典力密度法确定初始状态的坐标和内力，力密度法收敛性好、效率高；初始形态与可行形态近似，部分逆迭代法仅修正索网结构内力，减少算法发散的可能；可与现有大型有限元分析软件结合(如ANSYS、SAP2000等)，具备较好通用性。

技术领域

本发明涉及建筑设计和结构设计技术领域，尤其是涉及一种索网结构的找形方法。

背景技术

索网结构是由双向曲率相反的钢索(钢索01和钢索02)组成的网状柔性结构(其结构如图1所示)。索网结构具有自重轻，跨越能力好，施工迅速等优点，因此被广泛应用于体育场屋盖、幕墙结构等建筑形式中。

索网结构的几何拓扑属于机构，必须依靠预应力才能维持稳定，进而具备一定的承载能力。明确结构的形态和对应的预应力(找形- 找力)成为索网结构设计和研究的关键工作之一。目前应用于索网结构的找形方法主要有非线性有限元法、力密度法和动力松弛法等，结构的预应力通常由奇异值分解法确定。其中逆迭代法可以与既有大型分析软件(如ANSYS、SAP2000等)结合，因而得到了广泛应用。经典逆迭代法为索网任意指定一组预应力，通过不断对自由节点坐标和构件内力进行修正使索网逼近可行的预应力和形态。然而，当索网外形边界复杂或荷载分布不均时，经典逆迭代法效率很低且不易收敛。

本专利申请人提出一种修正的逆迭代法，该方法通过经典力密度法寻找结构在无外荷载作用下的可行构型，以此构型为初始形态，利用部分逆迭代法修正索网在荷载下的内力，最终得到索网在荷载下的内力和坐标(称为可行形态)。这种方法的初始形态和预应力与可行形态的差距较小，部分逆迭代法能够始终维持较高的计算效率，从而保证了设计工作的有效推进。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种索网结构的找形方法，以解决现有技术中存在的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种索网结构的找形方法，所述找形方法具体为：在无荷载状态下利用经典力密度法得到一组索网的坐标和内力，以此构型为初始形态，在荷载作用下通过不断修正结构内力求解结构在该荷载下的节点坐标和内力，即可行形态，完成找形-找力工作。

作为一种进一步的技术方案，包括如下步骤：

S1：输入模型A，获取其几何拓扑关系以及约束信息；

S2：设计人员根据经验指定各索网构件的力密度；

S3：令索网的构件数为b，节点数为n，则整体自由度数为3n；根据杆件的拓扑关系形成3b×3n维枝点矩阵C，该矩阵行对应杆件信息，列对应自由度信息；

对于第i根构件，其两端节点号为j、k，则其对应的枝点矩阵元素如式(1)所示:

根据自由度是否收到约束，可将枝点矩阵C按列划分为自由枝点矩阵Cf和约束枝点矩阵Cs，如式(2)所示：

C＝[C_f，C_s] (2)

根据平衡关系，并带入式(1)和式(2)，最终可得：

CfTQCfNf+CfTQCsNs＝p (3)