车辐式张拉结构张拉过程模拟分析及张拉方案研究

车辐式张拉结构造型轻盈通透,常作为大跨度体育场建筑的屋盖结构形式。对于由索杆组成的车辐式张拉屋盖结构而言,屋盖施工常常采用整体张拉成型的方法,其张拉方案的制定以及张拉过程中"力"与"形"的控制是施工张拉过程的核心内容。分析制定张拉方案所应当遵循的原则,并以深圳宝安体育场屋盖结构为例,对拟制定的3种张拉方案进行张拉过程数值模拟分析,同时依据数值分析结果评估各种张拉方案的优缺点。

车辐式张拉结构施工随机误差敏感性研究

深圳市宝安体育场屋盖结构为车辐式张拉结构,目前拟采用定尺定长设计与张拉的施工方法。在索系结构的张拉施工过程中,各种类型的构件会产生不同的制作与安装误差。这些误差对结构的位形与力学性能影响,涉及到误差影响的敏感性分析。针对宝安体育场屋盖结构,提出一个误差敏感性判定指标,对其施工过程中可能产生的各种误差进行敏感性分析,包括各类拉索的误差与外环梁误差等。通过对屋盖结构在各类随机误差同时存在下的结构力学性能研究发现,当构件加工与安装等各环节的精度满足一定条件时,宝安体育场屋盖结构能够抵抗各种随机误差造成的不利影响。

张拉结构非线性分析的五节点等参单元

本文针对张拉结构的特点，提出了一种五节点等参数单元有限元模型，采用四次多项式作为位移插值函数及单元初始形状函数，并假定索是理想柔性的且满足虎克定律，基于修正的Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ坐标描述法，建立了非线性有限元基本方程和切线刚度矩阵，利用Ｎｅｗｔｏｎ－Ｒａｐｈｓｏｎ法进行了实例计算。结果表明，本文方法精度极高，可供大跨度索网、索穹顶、拉线塔等张拉结构分析。

大射电望远镜反射面支承张拉结构非线性分析

根据大射电望远镜 (FAST)反射面系统的要求 ,引入一种新颖轻巧的反射面支承结构方案———张拉整体体系 .通过对多种方案张拉结构体系的承载性能、变形特性、对促动器系统影响的分析以及与传统刚性结构体系(网壳 )的比较 ,并经过反复优化计算 ,确定了张拉整体体系支承结构方案 .计算结构表明 ,用于反射面支承结构的张拉整体体系比网壳结构自重轻约 72 .5 % ,结构作用于促动器的反力减小约 78.5 % .

基于双层平面索变形的车辐式张拉结构找形方法

建立了由上层索、下层索、飞柱组成的双层平面索结构,根据节点平衡推导了各索段拉力的计算公式;基于索拉力产生的平衡荷载与索拉力水平分量及索竖向变形之间的关系,推导了平面索在竖向荷载作用下变形计算的有限元列式;通过对平面索结构边界节点施加竖向位移,将上下索边节点移动到建筑要求的位置;当飞柱高度不同时,可通过飞柱的伸长或缩短达到设计要求的飞柱高度,最终实现车辐式张拉结构找形。本文还给出了找形后结构分析和索张拉控制所需的初应变计算公式以及考虑边界梁和柱子在索力下产生弹性变形的处理方法。通过对车辐式张拉结构工程实例进行找形计算,介绍了有限元法的计算过程;对找形后车辐式张拉结构进行了受力分析,将找形时结构荷载施加在找形后的结构上,结构最大竖向位移仅为0.72mm,验证了该找形方法的正确性。

带弹性支撑杆张拉结构整体找形分析的动力松弛法

张拉结构与传统的钢、砼等刚性结构不同,是一种柔性的张力体系,其设计计算过程一般分为初始形状的确定(找形)—荷载分析—裁剪分析.传统的带弹性支撑杆的张拉结构如索网、索膜结构,在找形中往往忽略索网、索膜与弹性支撑杆的相互作用,本文在M ichael R.Barnes找形理论的基础上推导了张拉结构找形分析的动力松弛法的基本公式,同时充分考虑两者的相互作用,应用动力松弛法对这种结构进行整体找形分析,并通过算例验证了所提出方法的可靠性与适用性.

动力松弛法在张拉结构静力分析中的应用

介绍一种在空间结构分析中得到有效应用的数值方法——动力松弛法，并着重讨论它在张拉结构静力分析中的应用．该法的优点是在每次迭代中均无需计算总刚度矩阵和求解刚度方程，因而总计算工作量和占用内存均比常用的有限无法少．对计算的稳定性和收敛速度问题作了讨论并提出了改进意见．

张拉结构非线性分析两节点曲线单元有限元法

提出适合张拉结构几何非线性分析的两节点曲线单元有限元方法．假定索元的初始形状呈二次抛物线，根据单索的平衡条件、几何和物理关系建立了索元的位移函数；由拉格朗日应变的定义建立了可以考虑任意次高阶位移影响的索元轴向应变的精确表达式，并基于拉格明日描述方法和虚功原理得到了索元的非线性平衡方程与切线刚度矩阵．采用荷载增量法与Newton－Raphson法相结合的混合法进行了实例计算，结果表明：本文方法的精度明显优于两节点直线索单元，适合于大跨度索阿、索穹顶等张拉结构的几何非线性分析．

张拉结构风致振动理论和试验研究

为了研究张拉结构风致振动机理和规律,采用风洞试验、流固耦合数值模拟方法(FSI)和频域方法对单片张拉膜结构、张拉膜结构屋盖和单层平面索网的风致振动响应进行了分析.利用风洞试验,研究了来流湍流度、风速、风向角、膜面张力等不同工况对结构测点位移和根方差的影响.采用数值模拟和频域方法,分析了典型风洞试验工况,并与试验结果进行对比,以验证理论分析方法的可靠性.结果表明:在紊流风作用下,单片索膜做随机受迫振动,振动以背景响应为主,FSI数值模拟、频域法与试验结果较为接近;膜结构屋盖在特征湍流作用下发生颤振,数值方法尚未模拟出这一现象;玻璃面板刚度可以有效降低单层索网风致振动响应.

索杆张拉结构的设计和施工全过程分析

索杆张拉结构体系以其简洁明确的力学概念为大跨度结构的应用创造了新的奇迹.本文从工程应用的角度,以索穹顶结构为描述对象,对索杆张拉结构的设计和施工成形分析进行了系统的研究.首先,本文首次提出基于体系平衡矩阵将杆单元内力转化为悬链线索单元内力,并可同时考虑节点荷载、保持体系设计构形的理论方法;其次,本文首次提出基于动力松驰法的控制索段原长的张拉下斜索施工分析及模拟方法.依据本文理论编制的程序成功对一小型索杆张拉结构的设计和施工过程进行了分析模拟.

张拉结构中连续索滑移问题的研究

考虑到张拉结构施工控制中索内力的变化 ,即索由只承受自重到承受外荷载 ,由预应力为零到承受很大的预应力 ,由悬索自垂到拉索绷紧 ,比较按离散索和连续索计算对张拉结构施工张拉的影响 ,以及探求一种广泛适用的连续索的计算模式和程序算法就显得非常必要。本文基于悬链线单元对此问题进行了系统分析和深入研究 ,提出了一种新的考虑索段滑移的悬链线索单元程序算法 ,并编制了相应的面向对象的有限元程序。对算例的验算表明本文方法是正确的。

温度作用和索长误差对采用定长索设计的张拉结构影响研究

对于较复杂的张拉结构,可采用定长索进行设计与张拉,即将索头设计成不可调节的形式,通过精确设计索长,在施工现场直接张拉到位,避免现场为满足预应力分布的要求对索长进行反复调节。张拉结构属于柔性结构,温度变化和索长制造误差对其影响很大,必须在设计施工中予以考虑。尤其对于使用定长索设计的张拉结构,由于各构件的尺寸在制作完成后不能再改变,因此必须在设计与制造时考虑温度作用和索长误差的影响。本文首先将张拉结构在全生命周期内可能受到的各种温度作用进行分类,之后讨论不同温度作用对结构的影响与边界支承条件的关系。然后提出计算温度作用控制范围的方法,并对一实际索穹顶结构算例进行实例计算,得出温度作用的控制值。此外,研究当实际加工制造中温度不满足控制要求时,通过补偿构件长度尺寸以抵消温度作用影响的方法。同时,基于可靠度理论与非线性规划方法,亦给出了索长误差对张拉结构的影响及计算索长误差控制限值的方法。

基于逐点去约束法的索桁张拉结构形状判定及自应力模态求解方法

索桁张拉结构是索杆张拉结构中最有竞争力的空间结构型式之一,其形状判定和自应力模态求解是设计时的两个关键问题。通过对前人研究成果的整理与分析可知:索杆张拉结构的形状判定大都根据平衡矩阵理论进行求解,而平衡矩阵理论一般需要编程,不易被掌握;已有的求解自应力模态方法大都不能在有限元软件上直接应用。针对这些问题,提出基于合理位形改进的逐点去约束法以求解索桁张拉结构的合理形状和自应力模态。该方法首先基于索桁张拉结构所具有的独特的拓扑关系,从合理位形出发推导了形状判定的简洁判断公式。然后 ,通过对逐点去约束法的研究,提出改进的逐点去约束法以求解索桁张拉结构的自应力模态。本文方法基于先形状判断后自应力模态求解的思路,可一次性确定结构的合理形状和自应力模态,回避了原方法中先求解自应力模态后判断形状的反复求解的缺点;同时不使用原方法中的生死单元技术,保证了求解过程的收敛;消除了因生死单元技术而产生的累计误差,提高了计算精度;避免了坐标转换,简化了求解流程;改进的方法可在有限元软件上直接应用。算例表明改进的方法具有系统的求解流程,且收敛快、精度高,为索桁张拉结构的形状判定与自应力模态求解提供了一种思路。

张拉结构初始几何形状确定的形函数方法

提出了一个确定张拉结构初始几何形状的形状函数· 基于该形状函数 ,通过对结构边界控制点的插值确定张拉结构的初始形状· 该结构形状可随结构的双向张力比和边界控制点的坐标而进行自动调整· 从而给出了几何上可行 ,力学上合理的高精度张拉曲面· 通过有限元方法检查 ,大量例子表明该方法确定的初始形状对于实际常用边界及双向等拉或不等拉张结构均十分理想 ,误差很小·

轮辐式张拉结构全封闭屋盖体系研究及受力性能分析

轮辐式张拉结构自重轻、造型优美,同时能够和建筑功能及建筑造型完美结合,深受建筑师的喜爱。该结构体系源自于自行车轮辐条结构,内拉环和外压环通过径向索连接,形成自平衡受力体系。对轮辐式张拉结构的体系演变进行了研究,并分析了轮辐式张拉结构的力学特性和受力原理。根据受力形式将全封闭体系分为连贯一体型和叠合受力型。同时研究了全封闭轮辐式张拉结构体系可能实现的结构形式,并对各结构形式的受力性能进行了分析。

空间结构世界发展水平──简论1994年美国国际空间、网格及张拉结构会议

本文主要简述当今世界空间结构现状与发展水平，如张拉整体体系、开合式空间网架、叠展结构以及染交结构等。

索网张拉结构的理论研究发展现状

索网张拉结构利用索杆的张力成形特性来形成大跨度结构体系,地面索穹顶结构以及空间索桁张力结构均为该结构类型。本文根据索网张拉结构的理论研究发展情况,分别对索网张拉结构的形态分析设计方法、整体性能分析方法和优化设计方法进行了总结和归纳。

用于索网张拉结构找形的几何非线性有限元法综述

索网张拉结构在施加预张力之前是柔性体,只有对其施加一定的预张力后才能使其具有确定的形状和刚度。索网张拉结构的找形计算可以得到索网张拉后的形态、张力分布和结构刚度等结构性能结果。本文介绍了索网张拉结构找形的相关概念,并根据已有文献综述了用于找形计算的几何非线性有限元法的基本原理和推导过程。

索桁张拉结构形状设计及找力分析

为研究索桁张拉结构的形状判定和自应力求解问题,通过ANSYS有限元软件,提出了基于合理位形改进的力迭代法.首先,基于索桁张拉结构所特有的拓扑关系,从其合理位形出发,推导了形状判定的简洁判断公式.然后,提出了改进的力迭代法,用以求解索桁张拉结构的自应力模态.迭代过程中,更新后的索力逐渐逼近目标值,并在目标预应力作用下得到结构的不平衡位移.算例结果表明,所提方法可一次性确定索桁架的合理形状,且迭代5次左右便可求得结构的自应力模态,所得结果与已有方法的结果相比最大误差为0.48%,满足精度要求.将基于平面索桁架得到的自应力模态代入空间索桁张拉结构中,计算结果接近,内力最大误差为0.030%,且不平衡位移较小,从而证明了由平面索桁架组装成空间索桁张拉结构的可行性.

双V形三维构件张拉结构的矩阵分析与预应力优化研究

张拉结构是由不连续的受压构件和连续的受拉绳索组成的特殊结构体系,含有三维受压构件的张拉结构利用三维受压构件代替一维杆,增加了结构的稳定性与可控制性,是张拉结构发展的新趋势。利用取自正四面体四条斜边组成的双V形受压构件,以及纵向和环向绳索制得张拉整体结构模型,并用矩阵平衡法进行分析。建立矩阵时将传统杆索结构中只考虑杆轴向压力的平衡矩阵扩展到考虑三维构件弯曲的空间铰接体系复合平衡矩阵;再根据平衡矩阵理论以及奇异值分解理论得到该模型的自应力模态。在优化过程中,绳索受拉条件与力的均匀性作为优化目标,运用人工鱼群算法对构件预应力进行优化。结果证明结构的稳定性良好,绳索与受压构件拉压合理,以及对不同类别预应力分别进行均匀性优化的结果更好更具有针对性。