基于初始基准态的正高斯曲率索网形控结构设计方法技术

本发明专利技术公开了一种针对采用正高斯曲率索网的主动形控结构，主动变位工作时面索总应变εa等于初始基准态的初应变ε0和工作时的主动变位应变εd，即：εa=εO+εd。由于在一定的允许温差范围内索网形控结构应能正常主动变位工作，因此主动变位应变εd包括了应力应变增量Δεe和温度应变εT，即：εd=Δεe+εT。因此，主动变位工作时面索总应力应变εe=ε0+Δεe=εO+εd-εT。在基准态和某个工作态之间变位时，面索的主动变位应变εd是定值，这与荷载、面索的规格和弹性模量等无关。本发明专利技术是一种基于初始基准态进行优化设计的方法，快速优化初始基准态的拉索初始预张力，确定拉索规格，满足主动变位工作态的性能要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于土木、仪器和机械等工程中索结构的设计和分析领域，涉及一种针对采用正高斯曲率索网的主动形控结构，基于初始基准态进行优化设计的方法。
技术介绍
拉索一般仅具有抗拉刚度，不具备抗压和抗弯刚度，因此由拉索构成的索网结构需要通过张拉等方式引入初始预张力，预先储备足够的预拉应力，从而保证工作使用中拉索始终处于受拉状态。因此，确定拉索的初始预张力是索网结构设计的重要内容之一。具有正高斯曲率的面索网，无法形成预张力自平衡的结构。而在面索网的外侧设置径向索后，面索网和径向索可构成预张力自平衡的正高斯曲率索网结构。另外，在工作使用中可通过促动器或千斤顶等设备调控径向索的长度，促使面索网形成不同的曲面，从而实现正高斯曲率索网形控结构。 在工作使用中，载控结构是在荷载(如自重、温变、风载和雪载等)作用下被动发生位形变化而达到新的平衡状态；而形控结构为满足工作时的特定位形，不仅经受荷载作用，还在调控机构的作用下主动变位至预设的目标位形并引起内力变化。因此，形控结构的内力变化来自于两方面荷载变化和主动变位。形控结构的基准态为预备工作前的初始形态，而工作态为发生主动变位的工作状态。两者的位形都是预本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于初始基准态的正高斯曲率索网形控结构设计方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：1）分析准备并建立有限元分析模型：首先确定索网几何拓扑关系、拉索材料特性、荷载条件、边界约束条件、初始基准态结构位形、工作态结构位形、拉索的容许应变[ε]、调控机构的容许载荷上限[FJU]和下限[FJL]、拉索备选规格和工作允许温变ΔT；然后根据所述索网几何拓扑关系、拉索材料特性、荷载条件、边界约束条件、初始基准态结构位形在有限元分析软件中建立有限元分析模型；2）确定温变载荷ΔT引起的面索温度应变εT：εT=ΔT×α，其中α为拉索线温度膨胀系数；同时，在有限元分析软件中，将初始基准态结构位形和工作态结构位形进行...

【技术特征摘要】
1.一种基于初始基准态的正高斯曲率索网形控结构设计方法，其特征在于，该方法包含以下步骤 1)分析准备并建立有限元分析模型 首先确定索网几何拓扑关系、拉索材料特性、荷载条件、边界约束条件、初始基准态结构位形、工作态结构位形、拉索的容许应变[ε ]、调控机构的容许载荷上限[Fm]和下限[FJ、拉索备选规格和工作允许温变AT; 然后根据所述索网几何拓扑关系、拉索材料特性、荷载条件、边界约束条件、初始基准态结构位形在有限元分析软件中建立有限元分析模型； 2)确定温变载荷AT引起的面索温度应变ετ : ε τ=ΛΤΧ α，其中α为拉索线温度膨胀系数； 同时，在有限元分析软件中，将初始基准态结构位形和工作态结构位形进行对比，从而确定主动变位引起的面索应变的上限值edu和下限值ε&; 同时，根据拉索备选规格，选择最小截面规格的索体截面积作为面索的索体截面积初始值4°); 3)确定初始基准态的面索初应变ε^的上限[ε ου!和下限[ε cJ :首先计算初始基准态的面索初应变ε。的最大允许范围为-ε dI+ ε τ〈 ε /[ ε ] - ε du- ε τ,然后在此范围内选取[ε ου]和[ε 0L]，即ε dL+ ε τ〈 [ ε 0J ( ε 彡[ε ου] < [ ε ] - ε du- ε τ ； 同时，确定初始基准态的径向索初张力Pp取调控机构的容许载荷上限[Fju]和下限[Fjl]的平均值； 4)确定面索网综合弹性模量民^，然后在有限元分析模型中，根据荷载条件施加自重载荷，所述自重载荷包括索体、索头、连接件和附属物的重量，其中，j为迭代次数，其初值为O :所述确定面索网综合弹性模量的方法为 首先...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗斌，郭正兴，王凯，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：