FAST 30 m模型整体索网结构试验研究

对500m巨型射电望远镜(FAST)的30m模型反射面整体索网支承结构从初始预应力态的形态确定、工作态的模拟及荷载态分析等角度对索网结构进行详细的性能研究与优化设计;为满足望远镜对反射面成形高精度的特殊要求,对模型反射面整体索网支承结构的加工、制作及安装采取一系列的保证措施,同时利用有限元数手段采用逆向分析法对索网结构张拉方案进行优化,并对成形全过程进行数值模拟,指导实际的成形过程;对最终试验结果进行分析,表明采用整体索网结构作为反射面的支承结构是切实可行的,其成形精度可以达到望远镜的功能要求,同时也证明本文所采取的初始形态分析方法、成形全过程模拟方法及成形方案是正确的,所采取的保证结构精度的系列措施是有效的.     

某塔楼玻璃幕墙结构模型试验研究及有限元分析

合肥高速?滨湖时代广场C1#塔楼北立面在其高度为220m处设置有尺寸为27m×44m的单层平面索网幕墙,具有超高层、超大空间特征,风荷载作用时平面外变形较大,其安全问题显得尤为突出.为此,制作了缩尺比例为1:10的无玻璃和有玻璃两种模型,分别对两种模型进行了面外静力加载试验,分析了其在均布静力荷载作用下的平面外变形和拉索内力等静力性能.试验结果表明:有玻璃模型结构满足规范对单层平面索网幕墙风荷载作用下平面外变形要求,具有较高的安全性,玻璃对平面索网幕墙的刚度具有一定的贡献.最后,采用ANSYS有限元软件对试验过程进行模拟,并通过对比数值模拟结果和试验数据,验证了数值模型的正确性.     

逆迭代法在柔性索网结构找力中的应用

索网中的预应力分布需要通过形态分析来实现,文章针对找力分析方法-逆迭代法在索网找力中的应用进行研究,通过分析该方法的基本理论和数值算法,基于有限元数值计算软件ANSYS建立逆迭代法的计算流程,以实现逆迭代法的迭代过程,并通过算例进行了验证。算例结果表明:逆迭代法应用于大型索网结构的找力分析是可行的。     

FAST索网张拉过程模拟分析及误差控制

500m口径球面射电望远镜(FAST)采用柔性索网作为反射面的支承结构,柔性索网结构的张拉过程模拟分析对于张拉成形阶段具有重要的指导作用.基于非线性有限元理论,针对FAST索网的结构形式和施工方案,提出了索网张拉过程的模拟分析方法.通过计算分析得到了索网在张拉过程中的位移和内力,计算结果验证了张拉方案的可行性.根据张拉过程中索网的内力变化,确定了FAST索网的误差调整方案.调索后,索力的实测值和计算值偏差在10%以内,说明调索效果较好.     

基于新型索单元模型理论的索网结构初始形态分析及静力分析

针对大型空间结构索网分析中两个核心问题--索网结构的初始形态分析和受力分析,本文基于文献[1]提出的四节点等参曲线索单元模型理论,进行索网的初始形态分析和静力分析,编制相应的计算程序进行了实例计算,并和大型通用有限元分析软件ANSYS计算结果进行对比,证明了该理论的正确性和适用性,为这种新型的等参元模型理论在索网结构全过程分析应用中的推广提供了有力的依据.     

单层平面索网幕墙结构玻璃与索网协同工作的动力性能研究

采用模型试验和理论分析的方法对单层平面索网玻璃幕墙结构玻璃与索协同工作的动力性能进行研究。首先通过结构自振特性试验研究玻璃对于索网结构频率、振型以及阻尼的影响,然后提出了动力荷载作用下玻璃与索网的协同工作机理,据此建立玻璃与索网协同工作的数值模型,采用该模型从理论上分析了结构的自振特性。理论分析和试验结果表明:玻璃的抗弯效应对结构第一阶模态影响较小,对结构的高阶模态影响比较明显;索网 玻璃结构的阻尼远大于索网的阻尼,玻璃幕墙结构的阻尼比主要是由玻璃提供的。     

环形天线索网反射面成形方法研究

柔性索网是星载环形天线反射器的重要组成部分,其在环形桁架支撑下通过纵向索阵张紧作用形成具有特定精度要求的反射面.环形桁架、前/后索网与纵向索阵处于预应力平衡状态,索段张力的配置直接影响天线反射器的刚度和精度.本文针对反射面索网张力合理配置问题,提出基于ADAMS/MATLAB模拟分析新方法,以张力均匀性和形面均方误差为评价标准,将柔性索网和纵向索阵进行离散化建模,有效控制纵向索阵的张力值,实现前索网反射面的成形计算与分析.数值仿真结果表明,本文方法可快速实现指定反射面精度的索网张力调整,对工程应用具有指导意义.     

斜交张弦-索网复合竹结构选型分析及试验研究

张弦梁与柔性索网是大跨度屋盖中应用较为广泛的两种结构形式.某拟建屋盖结构跨度大、支承点少、结构厚度小,传统空间结构形式难以实现,拟综合张弦梁与索网结构优点,提出一种新型复合空间结构,并建立竹结构缩尺模型开展理论分析与试验研究.首先基于双控原则对张弦梁子结构体系的预应力进行了优化分析,然后结合索网结构的布置特点,基于静力平衡与变形协调理论推导了索网构件的预应力设计方法,最后通过有限元方法分析了结构正常使用阶段与极限荷载作用下的结构静力性能,并与试验结果进行对比,验证了理论分析的正确性.     

单层索网玻璃幕墙玻璃-索网分离模型有限元分析

采用两种建模方式对单层平面索网玻璃幕墙进行建模,通过将两种模型的计算结果和试验实测值进行比较,讨论两种建模方式的可行性,重点分析了玻璃-索网分离模型。     

单层双向正交马鞍形索网结构施工仿真计算研究与应用

单层双向正交索网结构是由两个方向的正交拉索组合而成的索网体系,其成型过程与约束形式、成型方法等密切相关,需要通过大量仿真计算分析来确定成型方法.国家速滑馆屋盖是由单层双向正交马鞍形索网、环桁架及幕墙索组成的组合结构体系,结构跨度为124 m×198 m,是目前世界上最大跨度的单层双向正交索网结构.为了制定行之有效的施工方案,采用有限元软件MIDAS/Gen,对该索网结构的施工过程进行了详细的仿真计算分析,对多种成型方法进行了比选,并对不同的支座约束形式进行了计算分析,最终确定了"地面组装索网,承重索整体提升,稳定索同步张拉"的施工方法.对该施工成型方法进行了全过程仿真计算分析,成型过程中支座仅承受竖向力,配重挂完后,进行支座锁死.计算结果与实际监测结果的对比分析表明:采用该索网成型方法不仅可以保证结构成型状态满足图纸要求,而且可以确保施工过程的安全可靠.     

中国航海博物馆曲面幕墙单层索网结构设计

中国航海博物馆单层曲面索网结构设计及分析难度大,利用ANSYS软件进行了索网网格优化、找形、复杂节点有限元分析、强度和防松弛验算、索网变形验算等工作,以实现索网造型和保证结构的安全.索端球铰装置的设计也可为同类项目提供参考.     

基于初始基准态的FAST反射面索网结构性能优化分析研究

500m口径射电望远镜FAST反射面索网结构,由短程线型面索网和下拉索构成,采用高强度预应力钢绞线束索,主动变位工作是其最大特点。索网优化设计采用容许应力法,基于索网为形控结构,提出标准球面基准态优化分析方法：根据主动变位工作基本要求和主动变位引起的面索应变变化幅值一定,首先确定下拉索初张力值和面索初应力上、下限值,通过找力分析确定面索初张力后,以初应力接近上限为原则确定面索截面规格。分析若干关键因素对索网结构性能的影响,结果表明：为避免工作态出现过低下拉索力,在面索弹性模量和容许应力一定的条件下,只能通过维持面索初应力水平,增大面索截面积来提高下拉索和面索初张力;周圈钢桁架宜采用滑动支座和较低刚度,并可采取周圈钢桁架沿径向预偏安装、边缘下拉索张拉固定后不参与主动变位的措施;钢索安全系数从2.5调低至2.0,可提高容许应力和面索初应力上限、减少材料和改善内力状况。另外,通过对比碳纤维索和钢索的力学特性,高强、低弹模、轻质量、抗疲劳的碳纤维索适合FAST索网结构。     

索结构找形分析的精确单元方法

索找形问题是索结构分析中所要解决的首要问题,在给定边界条件下,所施加的预张力和外部荷载通过调节索的 形状来平衡。本文研究索结构初始形状确定的精确有限单元法,对于常见的荷载形式,构造了线性和非线性两大类共5种 单元,适用于一般的索结构找形计算,并且可以给出精确的解答。本文通过将水平方向和竖直方向的平衡方程解藕,得出 了索单元的精确描述格式,并保证了索结构形状的唯一性。文中以索结构内部结点坐标作为基本未知量,以结点平衡方程 为基本方程,通过直接求解单元的平衡微分方程得到单元刚度矩阵的解析表达式。对于由线性单元组成的索结构,其基本 方程为线性,可直接求解;对于含有非线性单元的索结构,其基本方程为非线性,需通过迭代求解,文中构造了相应的 Newton法迭代格式。本文方法所需单元数目少,计算量小,所得到的解答为数值精确解。数值算例表明本法稳定可靠。     

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。     

台州大学风雨操场索网膜结构设计研究

台州大学风雨操场索网膜结构工程是一个大型复杂整体张拉索网膜工程,有较大的技术难度.本文首先介绍了该工程新颖的索网结构体系、膜面找形,然后优化索膜预张力设计,深入结构分析,并阐述索膜关键节点设计,概要介绍安装过程和控制方法,最后研究索制造定位长度误差对索网膜预应力和形态的影响.     

考虑整体分析的索膜结构的找形

利用非线性有限元基本原理建立了钢-索-膜结构的有限元模型,推导出了考虑钢-索-膜整体分析的索膜结构的找形方法,并利用有限元软件ansys找形,对比说明了整体分析找形的必要性,并验证这种方法找形的可行性.     

索网结构混合法找形分析

找形问题是索结构分析中首要解决的问题。本文阐述了非线性位移法、动力松弛法、力密度法等张拉结构找形方法的特点和适用条件,在此基础上提出混合找形法应用于索网结构。并编程通过典型算例对各方法进行分析、对比,数值计算结果表明混合找形方法正确、有效。     

金字塔钢结构及单层索网幕墙支承体系施工方案研究

天津泰达市民文化广场金字塔钢结构及幕墙支承体系由两个垂直立面与一个斜面组成,其中两个垂直立面由菱形分割的双管平而桁架与单层索网幕墙支承体系组成.对垂直立面单层索网结构的受力性能进行分析,在此基础上研究了索网多种张拉施工方案.在考虑单层索网支承体系与双管平面桁架相互作用的基础上进行了多种张拉施工方案的全过程数值模拟分析,对不同张拉方案进行了分析和比较,从而确定了优选的张拉施工方案.     

中国航海博物馆曲面幕墙单层索网结构张拉施工模拟分析

对中国航海博物馆曲面幕墙单层索网结构进行了张拉施工模拟分析,采用合适的分级张拉方案,最终实现了以初始状态为基础、以终态找形结果为目标的过程模拟。介绍了初始状态的确定方法,在其基础上,采用3种张拉方案进行施工模拟分析,介绍了施工模拟的步骤和具体实现方法,对3种方案进行综合比较,推荐采用横竖索混合张拉方案,以确保张拉精度。