[发明专利]一种基于功能目标的张力结构通用体型设计方法

摘要

本发明公开了一种基于功能目标的张力结构通用体型设计方法。本方法可概括为首先根据初始结构模型，利用节点坐标、单元预应力功能目标形成以单元力密度向量为未知量的自由节点力平衡方程组Ⅰ和利用单元力密度、节点坐标功能目标形成以节点坐标向量为未知量的自由节点力平衡方程组Ⅱ，利用最小二乘法，分别近似求解方程组Ⅰ、Ⅱ并更新方程组系数矩阵，如此反复迭代，直到方程组Ⅰ、Ⅱ的误差小于预设的误差收敛值，完成体型设计。本方法交替求解单元力密度向量、节点坐标向量，直到整体结构满足力平衡条件及预设功能目标。本方法计算流程简洁，且具有通用性，可广泛应用于张力结构，如张弦梁、索桁架、索穹顶等大跨建筑结构或悬索桥梁结构的体型设计。

主权项

1.一种基于功能目标的张力结构通用体型设计方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：1)建立结构模型，对结构单元、节点进行标号，构建张力结构关联矩阵Cs；2)利用初始节点坐标向量单元预应力功能目标形成以单元力密度向量为未知量的自由节点力平衡方程组Ⅰ：其中A_g、分别为附带单元预应力功能目标的平衡矩阵、节点荷载向量；3)利用单元力密度向量节点坐标功能目标形成以节点坐标向量为未知量的自由节点力平衡方程组Ⅱ：其中D_g、分别为附带节点坐标功能目标的力密度矩阵、节点荷载向量；4)利用最小二乘法，构造如下形式的方程组Ⅰ的近似解：其中分别为方程组Ⅰ的基础解系、特解，系数α可根据结构需要的预应力大小确定；5)利用求得的更新方程组Ⅱ系数矩阵D_g及右向量6)利用最小二乘法，近似求解方程组Ⅱ，得到节点坐标向量7)利用求得的更新方程组Ⅰ系数矩阵A_g；8)重复步骤4)～步骤7)，直到使得方程组Ⅰ、Ⅱ的误差小于预设的误差收敛值，完成体型设计。