环形张力索桁罩棚结构施工过程的形态分析

本文从一种新型索杆张力结构———环形张力索桁罩棚结构的施工成型分析出发,阐述了该问题的实质是一组已知构件原长的松弛索杆体系在其自重作用下的几何非稳定平衡形态的找形分析。根据力密度法的思想,本文提出了一种松弛索杆体系几何非稳定平衡形态的通用找形方法。该方法不受结构形式的限制,且引入了很少的计算假定,能够解决不同形式的索杆张力结构施工过程的形态分析问题。本文还模拟了一环形张力索桁罩棚结构的成型过程,利用该方法求解其施工过程每个步骤下的形态。算例分析结果表明,该找形方法能够有效地模拟索杆张力结构的实际成型过程。     

高对称预应力索杆体系的新型力密度分析法

索杆张拉整体结构是一种自平衡的结构,在设计的过程中,最重要的是确定结构的几何拓扑形状和初始内力状态,即找形分析。在传统力密度找形方法的基础上,对高对称索杆结构找形进行简化,使其能充分利用结构的高对称性。通过算例表明,对高对称索杆结构,简化后的找形方法运用力密度法建立围绕基准点x, y, z方向的力平衡方程,找出其余节点相对于基准点的转换关系,对维度较小的力密度矩阵进行分析,可以直接求得结构各杆件的力密度关系及节点坐标,使计算更加简洁、高效。     

空间索杆张拉结构施工全过程分析——以某会展中心鱼腹梁施工为例

空间索杆张拉结构体系以其简洁明确的力学概念在大跨度空间结构中得到了很好的应用,但索杆张拉结构施工成形分析需要解决一个松弛态索杆系统的平衡形态求解问题。基此,结合某会展中心鱼腹梁施工案例,对索杆张拉结构的施工成形和施工控制方案进行系统研究。采用MIDAS/Civil程序对一组已知构件原长的松弛索杆鱼腹梁体系进行其在自重作用下几何非稳定平衡形态的找形分析,并通过自平衡分析验证了找形的正确性。此外,进行正装施工全过程数值模拟,得到了施工过程各层鱼腹梁的变形及索杆的控制拉力,并给出了施工控制措施及步骤。     

考虑约束条件的索杆张力结构找形研究

文中首先阐述常用力密度法的优缺点,在此基础上从能量的角度出发,建立基于梯度优化的索杆体系找形方法。利用拉格朗日乘子法将约束条件添加到目标函数中,并应用梯度法进行优化,从而得到考虑约束条件索杆张力结构的形状。在给定初始条件下,该方法可以找到同时满足能量最小和一定形态要求的索杆张力体系。并利用MATLAB编制相应程序,算例分析结果表明本文给出的索杆体系找形的方法适合于绝大多数索杆体系,无论是简单的平面张力结构、索穹顶结构,还是复杂的索桁体系。该方法的优点之一是可以在目标函数中直接引入边界约束条件,从而可以较方便地求解考虑约束条件的索杆张力体系的几何形状。     

向心关节索杆体系弦支穹顶张拉模拟分析

将向心关节索杆体系应用于弦支穹顶结构中,改变以往张拉环向索通过环向拉索滑动传递预应力的方式,利用撑杆的转动位移建立预应力,避免环索与节点摩擦出现预应力损失的问题。以东亚运动会团泊自行车馆弦支穹顶张拉分析为例,采用有限元分析软件ANSYS进行施工放样态正分析找形和反分析找形,得到了结构张拉前的放样态。结果表明,反分析找形对于该类索杆体系放样态找形更加有利。经反分析找形,最终采用混合张拉方式,即先预紧径向拉杆,再张拉环向索。对张拉过程进行了全程模拟,得到张拉过程中张拉力及网壳位移控制值,获得设计预应力态。     

索杆张力结构力密度找形分析方法

根据索杆张力结构体系特征,建立了一种修正的力密度平衡形态分析方法;基于单纯索网体系力密度法,推导出了索杆自平衡体系力密度平衡方程;根据索杆张力结构的自应力模态、机构位移模态、无约束自平衡条件和力密度矩阵数值特征,推导出了力密度矩阵的秩亏条件,并引入力密度和节点向量线性条件约束索杆结构的几何模型;通过高斯变换降秩法得到满足秩亏的降秩力密度矩阵,并由M-P广义逆矩阵更新了力密度,迭代计算后得到可行力密度;根据一组独立无关坐标和拓扑关系计算了平衡形态位形,最后采用VC++编程实现了算法。结果表明:该方法适用于索杆张力结构的找形分析,具有一定的正确性和有效性。     

大开口车辐式索承网格结构构建及其受力机制和找形研究

提出了大开口车辐式索承网格结构,其适用于体育场、足球场等大跨空间屋盖结构体系。介绍了该结构的型体构成和基本受力原理,并对结构的受力机制进行探讨。该结构由刚性网格、索杆体系、内环带桁架及内环悬挑网格组成,其中张拉索杆为刚性网格提供竖向支撑,刚性网格起到压环作用,结构在水平面内为一自平衡体系;内环带桁架将径向索承结构联系在一起,增加结构的空间整体性,提高了结构的刚度和承载力;内环悬挑网格增加刚性网格压环宽度,进一步提高了结构的承载力。分析了现有找形方法存在的问题,提出了适用于该结构体系,并可保持撑杆竖直、控制撑杆高度的找形方法,并编制计算程序,通过算例验证了该找形方法的有效性。     

大开口车辐式索承网格结构构建及其受力机制和找形研究

提出了大开口车辐式索承网格结构，其适用于体育场、足球场等大跨空间屋盖结构体系。介绍了该结构的型体构成和基本受力原理，并对结构的受力机制进行探讨。该结构由刚性网格、索杆体系、内环带桁架及内环悬挑网格组成，其中张拉索杆为刚性网格提供竖向支撑，刚性网格起到压环作用，结构在水平面内为一自平衡体系；内环带桁架将径向索承结构联系在一起，增加结构的空间整体性，提高了结构的刚度和承载力；内环悬挑网格增加刚性网格压环宽度，进一步提高了结构的承载力。分析了现有找形方法存在的问题，提出了适用于该结构体系，并可保持撑杆竖直、控制撑杆高度的找形方法，并编制计算程序，通过算例验证了该找形方法的有效性。     

索穹顶无支架提升牵引施工技术及全过程分析

索穹顶施工是将索杆系经由无应力组装状态、低应力松垂状态向高应力成型状态转变的过程。基于索穹顶无支架提升牵引施工方法,在地面组装内拉环和脊索网,随后续提升牵引在低空组装其它索杆系;以外压环为支座利用工装索交替提升内拉环和牵引外脊索,直至外脊索与外压环连接就位,对外斜索同步张拉结构成型。该方法高空作业少、张拉效率高。基于非线性动力有限元的索杆系静力平衡态找形分析方法,建立整体运动方程,通过一级动力平衡迭代和二级模型更新迭代,由初始静力不平衡态,经由动力平衡态收敛于静力平衡态,并通过总动能峰值及时间驻点确定、时间步长自动调整和静力平衡态检验等,保证分析结果的稳定和高效。结合索穹顶实际工程进行了提升牵引和张拉全过程分析及扰动稳定分析,研究结果表明：索杆系位形经历了分别与提升牵引、牵引张拉初期和张拉后期对应的悬垂、调整和刚化3个阶段;脊索网呈“ω”形是保证索杆系低应力悬垂位形稳定的重要条件之一;位形调整阶段存在“拐点”,拐点的位形稳定性在全施工过程中最弱,在高矢跨比索穹顶中应特别关注。     

索杆膜混合结构整体协同荷载分析

在索杆膜找形分析的基础上,在进行索杆膜混合结构的协同荷载分析时,引入弹性T单元,建立了弹性T单元的非线性平衡方程组,并推导了弹性T单元的切线刚度矩阵.利用全Newton-Raphson方法求解此非线性方程组,运用Fortran95计算机语言,编制了相应的计算程序.最后对工程实例进行了验算,其结果与德国著名索膜设计软件Easy进行了对比.结果表明,该程序具有较高的精确度.     

张拉整体结构找形的力密度法

力密度法是张拉整体结构的一种重要的找形方法,文中首先对张拉整体结构找形的力密度法进行介绍,依据分析时关注的主要变量对力密度法的找形方式进行了分类,根据上述分类提出了应用力密度法的数值找形过程,找形过程只需要提供很少的信息,构件类型和节点的拓扑关系。力密度矩阵的特征值分解和平衡矩阵的奇异值分解在找形过程用于计算满足矩阵秩亏条件的节点坐标和力密度的迭代计算。最后给出数值算例和比较以证明其有效性和稳健性。     

张弦梁结构找形分析方法的研究进展

在系统总结国内外关于张弦梁找形分析方法的最新研究成果基础上,对三种主要的张弦梁结构找形分析方法作了介绍,分别阐述了每种方法的基本原理和实施步骤,以期促进张弦梁结构在我国的推广应用。     

考虑与弹性支承相互作用的膜结构找形分析

在膜结构找形设计中,常把边界支承处的膜节点按固定节点处理,即不考虑支承结构在该节点处的位移。事实上,膜结构的支承节点往往属于弹性支承。在膜结构力密度法找形的基础上,考虑了找形过程中膜结构与其支承结构的相互作用。通过算例,证明了该法的可行性,并讨论了支承结构刚度对找形的影响,得到一些规律性的结论。     

封闭式组合屋面膜结构找形分析研究

应用有限元程序ANSYS对郑州大学西亚斯国际学院篮球馆组合屋面膜结构进行找形分析,确定满足建筑初步设计造型要求的膜的形状,且膜上的应力分布比较均匀。通过对封闭式组合屋面膜结构的找形分析,探讨此类膜结构找形过程中单元划分、边界处理、弹性模量取值等处理方法,提高找形效率。在考虑支承体系对找形结果影响的基础上,进行协同找形分析,对比说明协同找形分析的必要性。     

索膜结构找形分析方法研究

归纳和总结了现有的索膜结构找形分析研究方法,分析了三种基本方法,不同结构形式的找形设计方法、改进的找形设计方法以及有限元软件在找形设计中的实现,为我国索膜结构的进一步发展和应用提供了理论依据。     

张弦梁屋盖安装技术

河南省体育中心游泳跳水馆工程,其屋盖体系由上部组合梁结构、空间索杆体系、玻璃顶结构和悬挑结构组成,因施工条件限制,不能进行整体吊装、滑移就位,通过在张弦梁部位搭设局部钢管胎架,分段拼装就位,现场进行预应力拉索张拉,有效解决了施工难题,节省了工程费用。     

黄河水利职业技术学院新校区风雨操场膜结构找形分析

应用有限元程序ANSYS对黄河水利职业技术学院新校区风雨操场膜结构进行了找形分析,确定了满足建筑初步设计造型要求的膜的形状,且膜上的应力分布比较均匀.通过本工程刚柔性组合边界张拉膜结构的找形分析,探索了刚柔性组合边界膜结构进行找形分析时索和膜预应力取值、支座提升、找形分析收敛准则等一系列问题,为类似工程提供了参考.     

后成形网壳结构的找形方法

后成形网壳结构节点构造简单,且能实现复杂的曲面造型,但因找形困难一直制约其在实际工程中的广泛应用。为解决后成形网壳结构找形困难这一棘手问题,基于已有的后成形网壳结构的找形方法,本文提出了一种新的找形方法,且通过具体的类扁球后成形网壳的找形,验证了本文找形方法的合理性,同时给出了不同时刻的找形形态,为同类工程的找形提供参考。     

带弹性拉压杆张拉膜结构找形分析

本文在力密度法的基础上推导了混合力密度法，解决了带弹性拉压杆张拉膜结构的找形分析问题，并编制相应的计算程序对工程实例进行计算，计算结果表明，本文的方法数值稳定、收敛快、精度高，适合运用于张拉膜结构的整体找形分析。