圆环形张拉整体结构的制作方法

技术特征：

1.一种圆环形张拉整体结构，其特征在于，所述圆环形张拉整体结构由m个单体首尾相连环向组合而成，m为偶数，具有环向对称性。将各单体按逆时针方向编号，依次记为单体1～单体m；相邻两单体的压杆的扭转方向相反，故每两个连续的单体组成一个最小可重复单元，称为基本单元，按照单体的编号顺序依次记为第一个基本单元～第m/2个基本单元。

每个单体均具有前后两个正n边形底面和n根压杆，每个正n边形底面上的节点由n根压杆的同侧端点构成，圆环形张拉整体结构的圆环中轴线通过每个底面的中心，每个底面均垂直于圆环中轴线。每个单体所对的圆心角为γ为单体首尾连接时的重叠率。

对于第一个基本单元，单体1的前底面、单体1的后底面、单体2的前底面和单体2的后底面的n个节点依次记为节点1～节点n，节点n+1～节点2n，节点2n+1～节点3n和节点3n+1～节点4n。记节点1～节点n，节点n+1～节点2n，节点2n+1～节点3n和节点3n+1～节点4n所构成的正n边形的外接圆圆心依次为O₁₁，O₁₂，O₂₁和O₂₂。从单体1前底面的前方观察，节点1～节点n按逆时针方向等间距排列，节点1和O₁₁的连线与圆环的中轴线平面的夹角记为β₀。记单体两底面的相对转角为β，节点n+1～节点2n相对于O₁₂的位置相当于将节点1～节点n绕O₁₁向圆环内转过β后节点1～节点n相对于O₁₁的位置，节点2n+1～节点3n相对于O₂₁的位置相当于将节点n+1～节点2n绕O₁₂向圆环内转过π/n后节点n+1～节点2n相对于O₁₂的位置，节点3n+1～节点4n相对于O₂₂的位置相当于将节点2n+1～节点3n绕O₂₁向圆环外转过β后节点2n+1～节点3n相对于O₂₁的位置。单体1的后底面和单体2的前底面的夹角为重叠率γ。其他基本单元的节点位置和节点编号方式与第一个基本单元相同。

每个单体还具有5n根拉索，5n根拉索分为三组：n根垂直索、2n根鞍索和2n根对角索。所有的节点为铰接点，每个节点连接5根拉索和1根压杆，所有拉索存在预拉力，所有压杆存在预压力，拉索的预拉力和压杆的预压力相互平衡。垂直索为连接同一单体两端节点的拉索，鞍索为连接后一个单体前端节点和当前单体后端节点的拉索，对角索为连接后一个单体前端节点和当前单体前端节点的拉索或连接前一个单体后端节点和当前单体后端节点的拉索。

将圆环形张拉整体结构的第一个基本单元的2n根压杆依次记为压杆1～压杆2n，2n根垂直索依次记为垂直索2n+1～垂直索4n，4n根鞍索依次记为鞍索4n+1～垂直索8n，4n根对角索依次记为对角索8n+1～对角索12n。第一个基本单元的拓扑连接形式为：

1)压杆：

节点i和节点i+(n+1)之间连压杆i，其中i＝1、2、…、n-1；

节点n和节点n+1之间连压杆n；

节点i+(n+1)和节点i+2n之间连压杆i，其中i＝n+1、n+2、…、2n-1；

节点2n+1和节点4n之间连压杆2n；

2)垂直索：

节点i-(2n-1)和节点i-(n-1)之间连垂直索i，其中i＝2n+1、2n+2、…、3n-1；

节点1和节点n+1之间连垂直索3n；

节点i-(n-1)和节点i+1之间连垂直索i，其中i＝3n+1、3n+2、…、4n-1；

节点2n+1和节点3n+1之间连垂直索4n；

3)鞍索：

节点i-4n和节点i-(5-2m)n之间连鞍索i，其中i＝4n+1、4n+2、…、5n-1、5n；

节点i-3n和节点i-(4n-1)之间连鞍索i，其中i＝5n+1、5n+2、…、6n-1；

节点3n和节点n+1之间连鞍索6n；

节点i-(5n-1)和节点i-(4n-1)之间连鞍索i，其中i＝6n+1、6n+2、…、7n-1；

节点n+1和节点2n+1之间连鞍索7n；

节点i-4n和节点i-(3n-1)之间连鞍索i，其中i＝7n+1、7n+2、…、8n-1；

节点4n和节点4n+1之间连鞍索8n。

4)对角索：

节点i-8n和节点i-6n之间连对角索i，其中i＝8n+1、8n+2、…、9n-1、9n；

节点i-(10-2m)n和节点i-(8n-1)之间连对角索i，其中i＝9n+1、9n+2、…、10n-1；

节点2mn和节点n+1之间连对角索10n；

节点i-(8n-1)和节点i-(6n-1)之间连对角索i，其中i＝10n+1、10n+2、…、11n-1；

节点2n+1和节点4n+1之间连对角索11n；

节点i-(10n-1)和节点i-8n之间连对角索i，其中i＝11n+1、11n+2、…、12n-1；

节点n+1和节点4n之间连对角索12n。

其他基本单元的拓扑连接形式与第一个基本单元的拓扑连接形式对应相同。

2.根据权利要求1所述圆环形张拉整体结构，其特征在于，整个圆环形张拉整体结构的具体组成由以下参数唯一确定：环向单体数m、每个单体的压杆数n、圆环中轴线的半径Rt、单体的正n边形底面的外接圆半径r、单体的正n边形底面相对于中轴线平面的初始转角β₀、单体两底面的相对转角β和单体首尾连接时的重叠率γ。

3.根据权利要求1所述圆环形张拉整体结构，其特征在于，所述圆环形张拉整体结构的可行预应力模态具有环向对称性，故在求解整个结构的可行预应力模态时，只需分析求解第一个基本单元的可行预应力模态即可，其他基本单元的预应力模态与第一个基本单元相同。

4.根据权利要求3所述圆环形张拉整体结构，其特征在于，对于第一个基本单元的预应力模态的求解具体为：根据结构的几何形态和拓扑关系得到平衡矩阵，再对平衡矩阵进行奇异值分解求得其零空间的基础解系，若存在基础解系的各列向量(即独立的自应力模态)的线性组合能满足圆环形张拉整体结构所有单元的拉压条件，则当前参数取值下的圆环形张拉整体结构存在可行预应力模态。