按等应力原则配置的铰接杆系结构刚度最大原理

针对几何拓扑关系确定的铰接杆系结构,如何进行杆件的截面配置使结构在材料用量相同的情况下刚度最大的问题,提出了铰接杆系结构刚度最大的等应力截面配置原理.该原理表明,对于几何拓扑关系已确定的铰接杆系结构,使各杆件都同步达到某一应力时的杆件截面配置方案,是在材料用量相同情况下结构各种可能的截面配置方案中使结构刚度最大的截面配置方案.根据虚功原理,证明了相同荷载作用下杆系结构按等应力原则配置的方案在各种可能的截面配置方案中应变能最小,进而得出了前述原理.通过静定两杆桁架和超静定空间网架结构算例对上述原理进行了验证,结果表明该原理是正确有效的.     

蜂窝四撑杆型索穹顶的构形和预应力分析方法

提出了一种新型的蜂窝四撑杆型索穹顶,它的构形为索穹顶的上弦索是一种蜂窝形网格布置,下弦节点处设有四根撑杆,上弦节点处设有两根撑杆.改变了现有国内外工程应用和研究的索穹顶,如肋环型、葵花型、Kiewitt型、鸟巢型索穹顶的上弦为长矩形条或联方形的网格布设,也改变了上、下节点处只有一根竖向撑杆的特点.完全抛弃了Fuller构想拉索海洋与撑杆(压杆)孤岛的构形.这种蜂窝四撑杆索穹顶具有环索、斜索数量少,撑杆和整体结构稳定性好,施工张拉方便,造型丰富优美等诸多优点.文中还根据节点平衡方程,推导了蜂窝四撑杆型索穹顶预应力态索杆内力的一般性计算公式,对若干参数的索穹顶给出了索杆预应力的计算用表和对比分析,以了解索穹顶预应力态的分布规律和特性.本文研究为索穹顶的设计和选型提供了新形式、新思路.     

葵花三撑杆Ⅱ型索穹顶结构预应力态确定、参数分析及试设计

提出一种新型葵花三撑杆Ⅱ型索穹顶的结构构形,该结构不沿用Fuller “拉索海洋与压杆孤岛”传统意义上张拉整体构想,而是在下弦节点处采用了3根撑杆交汇的布置方案(Ⅱ型),可使一道环索管辖两圈脊索,上弦网格数不变时斜索和环索可减少一半,提高张拉施工便易性,并改善局部及整体结构的稳定性。根据节点平衡方程,推导了葵花三撑杆Ⅱ型索穹顶预应力态索杆内力的一般计算公式。详细分析了多个设计参数对索穹顶预张力分布和结构性能的影响,并就参数的敏感性通过算例作了定性比较,以了解索穹顶预应力分布规律和力学特性。以约束条件的形式考虑了结构的刚度、稳定性和承载力的要求以及预应力水平的附加成本,将索杆质量比纳入经济指标目标函数的考量,采用遗传算法对100m跨度的葵花三撑杆Ⅱ型索穹顶进行了优化设计,给出了结构高度等主要设计参数的取值建议。分析结果表明,这种新型索穹顶相比传统索穹顶可有效降低索杆比例,具有优越的技术经济指标。     

凯威特型索穹顶结构多种张拉成形方案模型试验研究

张拉成形技术属于索穹顶结构的关键技术。为分析比较各种张拉成形方案的施工可行性和方便性,同时深入理解预应力生成机理,对一凯威特型索穹顶结构模型进行了逐步张拉外圈斜索成形、一次性张拉外圈斜索成形及由外及里逐步调节压杆到原长成形等三种成形方案的张拉成形试验,跟踪了张拉成形全过程。试验研究表明：三种张拉成形方案都是可行有效的,其中一次性张拉外圈斜索成形方案施工较为方便;逐步调节压杆长度到原长成形方案精度相对较高;控制构件原长的张拉成形控制技术不仅适用于单整体自应力模态体系,也适用于多整体自应力模态体系;体系预应力伴随着构件的逐步张拉到位而逐步生成。     

考虑弯矩作用梭形钢格构柱稳定承载力非线性有限元分析

以2010年上海世博会世博轴工程中采用的梭形钢格构柱为研究对象,应用大挠度弹塑性有限元法研究考虑弯矩作用时梭形格构柱的稳定承载力。分析了初始几何缺陷作用方向、分布形式对梭形格构柱稳定承载力的影响,并与试验结果进行了比较。分析结果表明：梭形格构柱在轴力和弯矩共同作用下的一阶弹性屈曲模态表现为“S”形和“C”形两种形式;考虑弯矩作用后,初始缺陷作用方向对梭形格构柱的稳定承载力有较大影响;对一阶屈曲模态为“S”形的梭形格构柱,计算稳定承载力时只需考虑“S”形缺陷的影响,而对一阶模态为“C”形的梭形格构柱有必要综合考虑“C”形和“S”形缺陷的影响。与试验结果比较表明,建议方法计算梭形格构柱的稳定承载力安全、合理。图12表1参11     

弦支双曲扁网壳结构的鲁棒构型分析及试验研究

针对不良拓扑布置导致的结构鲁棒性不佳问题，以系统传递函数的H₂范数为基础，建立结构鲁棒性定量评价指标和鲁棒构型求解方法。以单元相对密度为设计变量，采用变密度模型描述材料的刚度，将结构的鲁棒设计转化为连续体拓扑优化，并对大爆炸算法进行二级搜索的改进，进而求解连续体拓扑优化模型。以四点支承的弦支双曲扁网壳结构为例，分析不同荷载作用下的鲁棒构型，探索不同参数的大爆炸算法优化效果，通过静力试验和冲击试验，对优化后模型和未优化模型进行对比分析。结果表明，二级搜索的大爆炸算法可以有效地应用于弦支结构的鲁棒设计中，改进的大爆炸算法加快了收敛速度，依据鲁棒构型进行杆件布置，可显著提高结构的力学性能和抗干扰能力。     

宝石群单层折面网壳构形研究和简化杆系计算模型

深圳大运会体育馆、体育场的主体结构是由三角形网格组成,其外形如宝石群,为单层折面空间网壳结构.通过构形研究和机动分析,论证了宝石群单层折面网壳是一种满足几何不变性基本要求的静定空间桁架结构.通过研究圆形平面的宝石群单层折面网壳,提出了简化杆系计算模型及其计算方法,可精确求得网壳结构的内力和位移.在基本结构体系基础上,增...     

空间网格结构微机设计软件MSTCAD的开发

MSTCAD是适用于空间网格结构的计算机辅助设计系统，具有前处理、图形处理、杆件优化设计、球节点设计、绘制施工图和机械加工图的大型模块化集成系统。MSTCAD有良好的用户界面，易学易用，是空间网格结构设计的有效工具。     

一种新型结构形式的美学特征

对一种新型结构形式－－板锥网壳结构的特点，应用，发展及美学特征作了简要的介绍。     

鼓蜂窝四撑杆型索穹顶的结构构形及预应力态分析北大核心CSCD

继鼓蜂窝序列索穹顶创新研究后,进一步探讨了鼓蜂窝四撑杆型索穹顶的三种结构构形及一般性的预应力态分析方法.分析讨论表明:鼓蜂窝四撑杆型索穹顶是一类构形最丰富的索穹顶,在轴对称荷载作用下,均可归属为一次超静定结构,通过建立节点平衡方程组,可简捷求得预应力态的精确解.对开、闭口鼓蜂窝四撑杆Ⅲ型索穹顶,文中分别详细推演了预应力态的全过程分析,并对多个参数作了预应力态分布规律和特点的阐释.本文研究为索穹顶结构的选型、设计提供了新思路、新方案.