• ISSN 0258-2724
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基于比值更新的索穹顶结构找力分析方法

姜正荣 刘小伟 石开荣 林全攀

姜正荣, 刘小伟, 石开荣, 林全攀. 基于比值更新的索穹顶结构找力分析方法[J]. 西南交通大学学报, 2020, 55(1): 150-157. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180201
引用本文: 姜正荣, 刘小伟, 石开荣, 林全攀. 基于比值更新的索穹顶结构找力分析方法[J]. 西南交通大学学报, 2020, 55(1): 150-157. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180201
JIANG Zhengrong, LIU Xiaowei, SHI Kairong, LIN Quanpan. Method of Force-Finding Analysis Based on Ratio Updating for Cable Domes[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2020, 55(1): 150-157. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180201
Citation: JIANG Zhengrong, LIU Xiaowei, SHI Kairong, LIN Quanpan. Method of Force-Finding Analysis Based on Ratio Updating for Cable Domes[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2020, 55(1): 150-157. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180201

基于比值更新的索穹顶结构找力分析方法

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180201
基金项目: 广州市科技计划项目(1563000257);亚热带建筑科学国家重点实验室开放课题(2019ZB27)
详细信息
    作者简介:

    姜正荣(1971—),男,副教授,博士,研究方向为大跨度空间结构,E-mail:zhrjiang@scut.edu.cn

    通讯作者:

    石开荣(1978—),男,副教授,博士,研究方向为预应力钢结构,E-mail:krshi@scut.edu.cn

  • 中图分类号: TU394

Method of Force-Finding Analysis Based on Ratio Updating for Cable Domes

  • 摘要: 为了快速高效求解索穹顶结构的预应力分布,提出了一种基于比值更新的找力新方法. 以不断更新的索预应力比值来分配拉索预应力,以索力和位形作为收敛控制参数,迭代得到满足精度要求的预应力分布. 基于此,首先对索穹顶结构进行了不考虑重力影响的找力分析,验证了该方法的正确性;其次当考虑重力影响且每个索段划分为多个单元时,可引入沿索长的索水平分力这一不变量,将索力的比值替换为索水平分力的比值. 结果表明:基于比值更新的找力分析方法计算速度快,位形偏差小,精度高;考虑重力影响的找力分析结果与不考虑重力影响相差较大(最大为19.34%),索穹顶结构的找力分析宜考虑重力的影响;将每个索段划分为单个单元和多个单元的找力分析结果相差甚微(最大仅0.05%),当索预应力较大且索长较短时,可将每个索段划分为单个单元以简化求解预应力分布.

     

  • 图 1  分析模型

    Figure 1.  Analytical model

    图 2  索杆预应力分布

    Figure 2.  Cable-strut prestress distribution

    图 3  索段s示意

    Figure 3.  Schematic diagram of cable segment s

    图 4  索杆预应力分布

    Figure 4.  Cable-strut prestress distribution

    表  1  截面参数

    Table  1.   Section parameter

    索杆编号截面面积/mm2 索杆编号截面面积/mm2
    JS1 2 494.03 HS1 5 202.03
    JS2 3 271.03 SLH 1 424.03
    JS3 3 671.03 XLH 2 494.03
    XS3 1 669.03 YG1 6 633.03
    XS2 3 671.03 YG2 3 280.03
    XS1 4 195.03 YG3 2 749.03
    HS2 3 671.03
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    表  2  预应力分布对比

    Table  2.   Comparison of prestress distributions

    索杆编号预应力 预应力比值
    文献[18]/kN本文方法/kN偏差/% 文献[18]本文方法偏差/%
    JS1 435.33 435.33 0.00 1.000 1.000 0.00
    JS2 715.33 715.09 −0.03 1.643 1.643 0.00
    JS3 1 492.00 1 491.26 −0.05 3.427 3.426 −0.03
    XS3 276.00 275.75 −0.09 0.634 0.633 −0.16
    XS2 764.33 764.02 −0.04 1.756 1.755 −0.06
    XS1 1 001.00 1 000.39 −0.06 2.299 2.298 −0.04
    HS2 1 451.67 1 451.14 −0.04 3.335 3.333 −0.06
    HS1 1 819.33 1 818.41 −0.05 4.179 4.177 −0.05
    SLH 834.00 833.49 −0.06 1.916 1.915 −0.05
    XLH 521.00 520.93 −0.01 1.197 1.197 0.00
    YG1 −339.00 −338.83 −0.05 −0.779 −0.778 −0.13
    YG2 −140.33 −140.23 −0.07 −0.322 −0.322 0.00
    YG3 −57.67 −57.53 −0.24 −0.132 −0.132 0.00
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    表  3  找力后控制点竖向位置与设计初始态偏差值

    Table  3.   Deviation of the control point’s vertical position after force finding from that in the initial state of design

    节点编号控制点偏差/mm
    B0.045
    C0.045
    D0.097
    E0.097
    F0.030
    G0.030
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    表  4  找力后控制点竖向位置与设计初始态偏差值

    Table  4.   Deviation of the control point’s vertical position after force finding from that in the initial state of design mm

    节点编号划分为 1 个单元划分为 3 个单元
    B 0.028 0.047
    C 0.028 0.047
    D 0.104 0.085
    E 0.104 0.085
    F 0.031 0.025
    G 0.031 0.025
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    表  5  找力分析结果对比

    Table  5.   Comparison of force-finding analysis results

    索杆编号节点编号不考虑重力影响/kN考虑重力影响偏差3/%
    划分为 1 个单元/kN偏差1/%划分为 3 个单元/kN偏差2/%
    JS1 D 435.33 435.35 0.00 435.19 −0.03 −0.04
    F 435.33 435.35 0.00 435.45 0.03 0.02
    JS2 B 715.09 735.73 2.89 735.40 2.84 −0.04
    D 715.09 735.73 2.89 735.97 2.92 0.03
    JS3 A 1 491.26 1 619.21 8.58 1 618.81 8.55 −0.02
    B 1 491.26 1 619.21 8.58 1 619.46 8.60 0.02
    XS3 D 275.75 296.43 7.50 296.56 7.55 0.04
    G 275.75 296.43 7.50 296.28 7.45 −0.05
    XS2 B 764.02 870.19 13.90 870.42 13.93 0.03
    E 764.02 870.19 13.90 869.90 13.86 −0.03
    XS1 A 1 000.39 1 193.29 19.28 1 193.83 19.34 0.05
    C 1 000.39 1 193.29 19.28 1 192.67 19.22 −0.05
    HS2 E 1 451.14 1 652.77 13.89 1 652.73 13.89 0.00
    E1 1 451.14 1 652.77 13.89 1 652.73 13.89 0.00
    HS1 C 1 818.41 2 169.04 19.28 2 168.97 19.28 0.00
    C1 1 818.41 2 169.04 19.28 2 168.97 19.28 0.00
    SLH F 833.49 833.50 0.00 833.46 0.00 0.00
    F1 833.49 833.50 0.00 833.46 0.00 0.00
    XLH G 520.93 559.98 7.50 559.97 7.49 0.00
    G1 520.93 559.98 7.50 559.97 7.49 0.00
    YG1 −338.83 −392.08 −15.72 −392.08 −15.72 0.00
    YG2 −140.23 −153.91 −9.76 −153.91 −9.76 0.00
    YG3 −57.53 −59.82 −3.98 −59.82 −3.98 0.00
     注:偏差1、2 分别表示将每根索段划分为 1 和 3 个单元时,考虑重力影响的找力分析结果与不考虑重力影响的找力分  析结果之间的偏差;偏差 3 表示将每根索段划分为 1 及 3 个单元时,考虑重力影响的找力分析结果之间的偏差;E1、  C1F1G1 分别为水平构件 HS2、HS1、SLH、XLH 的另一端.
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-03-19
  • 修回日期:  2018-08-12
  • 网络出版日期:  2018-12-21
  • 刊出日期:  2020-02-01

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