张拉膜结构适时考虑索找力的找形方法。
本文认为在膜结构的几何大变形得到控制后,可通过结点力的平衡来调整索的预张力,即在更新结构构形的同时,更新索的预张力为新构形下的索内力。此时的索内力正是保证索在新构形下平衡的张力,这不仅可以大大减小计算迭代过程中的不平衡力,缩短找形的进程,而且可以在结构找形的同时得到索的合适的张力。
该找形方法的分析步骤如下:
1) 有限元建模,包括设置膜单元小弹性模量、索和膜的预估预张力。
2) 非线性计算。
3) 得到变形后的结点坐标和膜的应力分布及竖向位移,并更新结点坐标,形成新的构形。
4) 检查膜面应力均匀度是否达85%以上及竖向位移是否小于跨度的1/500 (几何大变形是否得到控制),若二者都满足,进入步骤5),否则回到步骤2)。
5) 更新索内预张力为受预张力变形后的索的内力,并进行非线性找形计算,形成新的构形。
6) 在膜面应力均匀度(一般为95%以上)和结构位移(本文取跨度的1/600) 达到要求后,还原膜单元的弹性模量为其真实模量。
7) 执行非线性计算,检查膜面应力、变形及小弹性模量的计算结果的差别,若差别很小(本文取2%以内),则认为找形成功,否则重复5),6)步,直到假设初始模量与真实弹性模量的计算结果的差别达到要求为止。
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