[发明专利]一种单拱空间索组合结构找形方法

说明书

本发明是一种单拱空间索组合结构找形方法，具体步骤为：初拟单拱线形，划分并进行单拱节点、单元编号；确定空间索的根数及拱上挂索位置；确定空间索在另一端的挂索位置，确定吊索拉力；将空间拱组合结构投影为x‑z平面、x‑y平面两个耦合计算模型；划分拱单元、定义其轴力，求解索力三方向分量；拱肋自重计算确定；计算拱单元轴力三分量，拱单元沿x方向长度分量；拱脚节点水平推力赋初值，其它节点水平推力计算；n*n矩阵数据形成；定义坐标行列式；定义荷载行列式；求解矩阵，得到坐标行列式的初步解；满足设计精度后结束迭代计算。本发明不进行有限元分析，避免了超静定结构及非线性分析，降低了结构计算时长，提高了结构设计效率。

技术领域

本发明涉及土木工程的技术领域，尤其涉及一种单拱空间索组合结构找形方法。

背景技术

单拱空间索组合结构线条优美，在展馆、体育场、车站等城市景观建筑中广泛使用，具有明显的竞争优势。在计算理论方面，受索单元挂索的位置限制，其与单拱固结时为空间拱分布，空间拱的位置受索力影响，较难确定其空间坐标。从受力角度来看，拱为主要受压、次要受弯的结构，索为受拉结构，如果外荷载单一或组合较为固定，空间拱结构可近似采用合理拱轴线的概念，完成单拱空间拱结构的找形计算，但目前土木工程界、工程力学界、软件分析领域仍无有效合理的方法进行解决。

发明内容

本发明旨在解决现有技术的不足，根据拱结构主要承压、受弯荷载很小、索结构受拉的受力特征，提供一种单拱空间索组合结构找形方法，该方法力学概念清晰、发挥出了拱、索组合结构的受力优势，计算时长短，提高曲线单拱空间索组合结构的找形迭代计算效率，满足工程结构领域的初步概念设计需求。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：

一种单拱空间索组合结构找形方法，具体步骤为：

S1：初拟单拱线形，划分并进行单拱节点、单元编号：

初拟单拱的线形为二次抛物线形，划分单拱节点数为n，令拱脚处节点分布为1号、n号，若令i作为任意一节点编号，则其余任意一节点i的分布范围为2号~n-1号；

S2：确定空间索的根数及拱上挂索位置：

确定空间索的根数为n-2，其在单拱上的挂索位置对应为2号~n-1号；

S3：确定空间索在另一端的挂索位置，确定吊索拉力：

确定空间索另一端的挂索位置，赋值各吊索张拉力分布为F_i；

S4：将空间拱组合结构投影为x-z平面、x-y平面两个耦合计算模型：

建立笛卡尔坐标系，令单拱水平投影方向为x方向，单拱高度方向分布为y、z方向，任意一拱节点i的三维坐标为（x_i，y_i，z_i），将索拱组合结构沿x-z平面、x-y平面做投影，形成两个耦合的平面拱计算模型；

S5：划分拱单元、定义其轴力，求解索力三方向分量：