[发明专利]一种考虑索结构节点区域影响的索体下料长度计算方法

说明书

本发明涉及建筑工程技术领域，尤其是涉及建筑工程的结构设计和加工、安装技术领域，具体涉及一种考虑索结构节点区域影响的索体下料长度计算方法。本发明通用于任意给定下料索力时的索体下料长度计算，使索构件下料无需局限于当前技术的三种下料方式；按本发明的方法进行下料，索体在初始态索力作用下的长度加上节点区域长度严格等于理论模型中的索单元长度，从而完全排除节点区域对索体下料精度的影响，使张拉后的构件状态与理论模型初始态一致；本发明计算过程简洁明了，概念清晰。

技术领域

本发明涉及建筑工程技术领域，尤其是涉及建筑工程的结构设计和加工、安装技术领域，具体涉及一种考虑索结构节点区域影响的索体下料长度计算方法。

背景技术

索结构是一类由只可受拉的索构件和既可受拉、又可受压的杆构件组成的结构，其中索构件是指由索体和端部节点区域组成的受力集合体。常见索结构形式有单层索网、索桁架结构、索穹顶结构等，这类结构需要通过施加预应力来达到稳定状态，进而形成刚度、建立承载能力。由于索体采用高强材料制成，且在结构承载过程中，索构件始终处于受拉状态，不存在构件稳定问题，因此构件的截面尺寸远小于传统的混凝土结构、钢结构等。

索结构在分析设计中存在三种状态：(1)零状态，即按照几何原则建立、未执行计算的结构模型，该状态下的每个索单元分配有一个相应的初应变；(2)初始态，即在零状态基础上，考虑结构自重等因素，计算得到的结构平衡状态，索结构预应力通常即指初始态索力；(3)荷载态，即在初始态基础上施加后续荷载和作用，计算得到的结构平衡状态。

在索结构施工过程中，预应力的施加通过张拉索构件实现，具体方式为：通过工装在索构件端部逐渐施加作用力，使索构件内产生拉力，当拉力大小达到给定的预应力数值时，将索头与支承结构连接，并拆除工装。拆除工装后，索构件内仍然保持工装拆除前的拉力，即被施加了预应力。

在张拉过程中会发生索体的伸长，拉力逐渐增大的过程也就是构件逐渐伸长的过程。由于索体截面尺寸通常较小，而预应力较大，因此张拉引起的索体伸长量不可忽略，需要在下料时考虑。下料长度计算的准确性直接关系到索结构的施工精度。

对于理论模型中的每个索单元，其存在三种状态下的长度和相关参数：(1)无应力长度L₀，指该单元不承受拉力时的长度；(2)零状态长度L₁和初应变ε₁，分别指理论模型零状态中该单元的长度和初应变；(3)初始态长度L₂和初始态索力F₂，分别指理论模型初始态中该单元的长度和索力。三组数据存在下式所示的换算关系：

其中E为索体的材料弹性模量，A为索体的截面积。

上式的含义是：对于同一个索单元，当不承受拉力作用时，其长度为L₀；当受拉且拉力引起的应变为ε₁时，长度为L₁；当受拉且拉力为F₂时，长度为L₂。

在理论模型中，通常不考虑索构件端部的节点区域，整根索构件全部采用索单元来模拟，索单元直接连接到支承结构构件截面中心和索节点中心，因此索单元长度与实际结构中一整根索构件的长度对应。而在实际结构中，索构件长度是由索体长度和节点区域长度L_N组成的，其中L_N与索头、索长调节器、索节点、与索相连的支承结构构件和支承结构与索连接耳板等部件的尺寸有关。