点支幕墙索桁架支承体系初始态找形分析

初始预应力分布计算是索桁架初始态找形的重要内容。给出了索桁架的初始态平衡方程,提出了一种求解索桁架体系初始预应力分布的线性化方法,并编制了相应的电算分析程序。该方法是以结构的预应力分布为未知量,而结构的几何外形由设计者给定。算例表明提出的方法是可行的、实用的。该方法计算简单,易于被工程设计人员采用。     

点支幕墙索桁架支承体系初始态找形分析

初始预应力分布计算是索桁架初始态找形的重要内容。给出了索桁架的初始态平衡方程,提出了一种求解索桁架体系初始预应力分布的线性化方法,并编制了相应的电算分析程序。该方法是以结构的预应力分布为未知量,而结构的几何外形由设计者给定。算例表明提出的方法是可行的、实用的。该方法计算简单,易于被工程设计人员采用。     

预应力钢桁架结构的设计与极限承载力分析

介绍了钢桁架结构体系的布置特点,结合初始态张拉分析,提出合理运用张拉预应力的方法.考虑初始缺陷,着重进行几何非线性分析和弹塑性极限承载力分析,找出结构的破坏机制.计算结果表明结构具有足够的安全储备.     

一种空间六杆张拉整体结构找形分析与设计

本文提出了一种求解张拉整体结构初始形态的可行预应力找形的新方法.根据已知结构的单元类型和几何拓扑关系,分别采用谱分解和奇异值分解的方法将结构体系的平衡矩阵和力密度矩阵分解,在此基础上进行循环迭代直至满足对应矩阵最小秩缺失的必要条件,以此寻找合适的节点坐标和力密度.基于空间六杆张拉整体结构算例结果,利用棉绞线和PVC管模拟拉压单元成功制作模型进行了结果验证.本文的算例分析和模型结果证实了该空间六杆张拉整体结构体系的合理性,为新型复杂张拉整体结构的构型研究提供了一条新的途径.     

基于量子天牛须搜索的张拉整体结构预应力优化研究

为快速求解给定的大型张拉整体结构在特定分组方案下的最优预应力，提出一种基于量子天牛须搜索的优化方法.该方法根据平衡矩阵分析理论，由奇异值分解法确定自应力模态数，根据结构构件的范数值获得几何对称约束，以达到减少自应力模态组解空间的目标；根据算法流程建立预应力优化模型，接着通过量子天牛须搜索算法求解各组自应力模态组合系数，以获得满足结构稳定性要求的最优初始预应力.同时，引入切线刚度矩阵特征值来检验张拉整体结构的稳定性.最后，采用该方法对平面和空间张拉整体网架结构求解最优初始预应力，验证了该方法的有效性.     

大跨度充气膜结构形态分析方法研究

为求解大跨度充气膜结构的准确形态,阐述了一种形态分析方法.分析流程为构建初始形、假定初始态、迭代求解预应力及变形、逆向变位改变初始形、逆位移形再迭代计算、求得平衡形态.以某充气膜结构为例计算,平衡形态下最小von mises应力为0.723×106 N/mm2,最大von mises应力为13.4×106 N/mm2....     

面向几何坐标的张拉整体结构找形算法

提出一种可满足给定几何坐标的张拉整体结构找形方法.从结构平衡方程的2种不同形式出发,借助平衡矩阵奇异值分解与力密度矩阵特征值分解后得到的正交向量,分别构造自应力及几何坐标,并引入节点坐标作为约束条件,给出基于构件自应力与节点坐标非线性迭代的求解技术及其算法流程.结果表明,只需给出结构拓扑连接关系及若干已知节点坐标,找形算法便可用于寻找满足给定几何外形的张拉整体以及新的非规则张拉整体形式.     

圆柱形张拉整体结构质量最小化方法

为减轻张拉整体结构的质量,提出一种张拉整体结构最小质量优化方法及进一步减轻质量的自相似迭代设计方法.以外载荷作用下的圆柱形张拉整体结构为研究对象,根据构件质量、材料失效模式的关系,提出以构件力密度、横截面积作为设计变量,结构静力平衡方程为约束的优化数学模型,采用线性规划优化方法对数学模型进行优化,并给出压杆两种失效模式下结构最小质量的选择方法;为进一步减轻质量,把三维T型杆自相似迭代结构应用到圆柱形张拉整体结构中,提出一种自相似迭代设计方法来设计一个质量更轻的张拉整体结构,提出有效替代空间概念,给出有效替代空间的计算方法.算例计算结果表明,最小质量优化方法及自相似迭代设计方法可以设计出质量更轻的张拉整体结构.     

张拉整体结构的非线性主动控制

为了有效解决张拉整体结构在各种动态激励下的振动控制问题,保证结构的功能与安全性,研究张拉整体结构的主动控制问题.根据结构的机电耦合作动方程,推导结构的状态空间描述.基于瞬时最优控制算法和New-mark关系,推导张拉整体结构机电耦合最优控制方程.在Newmark算法的基础上引入Newton-Raphson迭代过程,考虑结构的几何非线性效应,实现了张拉整体结构的机电耦合非线性主动控制.以双层柱状张拉整体结构在随机激励下的振动控制为例,验证了算法的正确性与可行性.     

车辐式结构找形分析的逐点去约束法

车辐式结构是一种双层索系的柔性结构,需要通过找形分析确定结构的初始预应力态.与索膜、索网结构等柔性结构不同,车辐式结构的找形分析不是用给定的预应力值寻找结构位形,而是从给定的位形出发求解可能存在的预应力分布情况.目前已有的找形方法有平衡矩阵理论、力密度法、动力松弛法、非线性有限元法等.除了非线性有限元法外,其他方法都难以直接通过通用有限元软件进行找形分析.本文在平衡矩阵理论的基础上,将车辐式结构整体找形问题转化为针对每个节点处3个索杆单元的计算.通过使每个节点在预应力作用下达到设计位形,求出结构初始应力态的预应力分布.这种方法不但能够直接用于有限元软件的计算,还能够判定结构的初始应力态是否存在.     

悬索结构的初始形状确定分析

应用非线性有限元位移法，推导了悬索结构的几何非线性有限元方程。通过由平面将控制点移动到设计给定的几何位置，寻求了一个与给一预应力值分布及结构几何控制参数对应的平衡的形状，建立了一种悬索结构的初始形状确定分析方法。算例结果表明提出的方法是可行，实用的。     

采用改进鱼群算法的张拉整体结构找形方法

针对传统力密度法求解大规模、不规则张拉整体结构找形效率不高的问题,提出了一种力密度法与改进鱼群算法相结合的找形方法．先基于力密度法建立结构的平衡方程组, 然后采用改进的鱼群算法在力密度空间内进行全局搜索, 找出一组合适的力密度值使得平衡矩阵的秩满足求解条件, 从而找到结构的平衡构形．该算法加入了全局最优人工鱼信息, 引入了吞食行为和跳跃行为, 并采用了自适应步长, 比传统鱼群算法搜索效率更高, 不容易陷入局部极值．以扩展八面体张拉整体结构为例, 用该方法进行了找形, 并和传统鱼群算法的找形结果进行了对比分析．仿真结果表明,该找形方法的找形结果可靠, 并且收敛精度和平均最优值较传统鱼群算法均有所提高．     

半刚性结构找形分析的实用方法

在讨论拉索预应力模拟方法的基础上,利用刚度法理论来确定半刚性结构零状态的几何尺寸。在初始态几何给定时,初始态的预应力分布决定了零状态的放样几何。首先给出了用于求解拉索初始缺陷长度的影响矩阵法;但该方法初始缺陷长度对控制点位移的影响因子是线性叠加的,即结构反应呈线性,这与半刚性结构的几何非线性相悖。为了减小结构非线性反应带来的误差,对影响矩阵法的影响因子进行了修正,提出了影响矩阵修正法。最后利用ANSYS参数化设计语言APDL编制程序对一个半刚性结构实例进行了找形分析,数值算例表明了影响矩阵修正法减少了影响矩阵法中结构线性反应假定带来的误差,能够应用于刚度较小的半刚性结构的找形分析。     

环形平面空间索桁张力结构的预应力设计

针对大跨度肋环型索桁张力结构在不对称荷载作用下变形较大且易发生整体扭转失稳的弱点，提出了一种新的结构体系--环形平面葵花型空间索桁张力结构. 考虑该结构几何拓扑复杂、多自应力模态与机构位移模态的特点，应用平衡矩阵理论与奇异值分解算法，通过模态矩阵的分解组合方法，给出一种具有一定普遍意义的预应力优化策略，使多自应力模态结构体系的最终可行预应力分布求解得以简便的实现.对3种不同形式空间索桁张力结构算例的可行预应力分布进行了设计. 结果表明，该结构体系具有良好的力学性能；其预应力优化策略算法简便，具有较强的通用性.     

索穹顶结构初始状态确定与成形过程分析

在研究索穹顶结构的零应力状态、施工初始几何状态基础上,着重分析了索穹顶结构的施工成形过程几何形状和单元内力变化规律,揭示索穹顶结构的初应力产生机理以及施工过程中体系的变化特征.由于索穹顶结构成形过程涉及机构运动和单元内力分析、机构位移和弹性变形耦合,采用常规的有限元方法不能求解,而非线性有限元力法是一种有效的计算方法.结果表明,在索穹顶结构成形过程中,从开始很长时间内所有单元内力均处于较低水平,此时结构是一种机构状态,节点位移主要是刚体位移.当所有索进入工作状态时结构的体系从机构转变为具有一个自应力模态的、可刚化的稳定体系,各单元的内力迅速增大.说明了索穹顶结构的成形过程,也是预应力生成的过程.     

敞篷式体育场膜结构找形分析

采用基于非线性有限元理论的形态结合法对敞篷式膜结构进行了找形分析。首先介绍了相关理论和相应有限元计算公式,通过提升支座,得到膜面的初始曲面,即“形”;然后在此形状基础上,通过温度作用对膜施加真实的预应力,迭代计算得到了真实的膜面预应力分布,即“态”,实现了“形”与“态”的结合,得到了最终膜结构的形状;最后对郑州大学新校区综合体育场膜结构工程进行了找形分析。结果表明,该方法能够快捷、精确地得到敞篷式膜结构的曲面形状,对更加合理地设计膜结构具有重要意义。     

零弯矩型自由曲面结构找形方法

为获得受力合理且形式丰富的自由曲面结构,借鉴传统模型试验找形法的原理,提出基于动力松弛法和局部线性化法的零弯矩型自由曲面结构数值找形方法.该方法利用了零弯矩型薄壳结构与相同荷载与边界条件下的柔性膜结构具有相同形状的性质,通过膜结构来实现自由曲面结构的找形.首先采用动力松弛法确定柔性结构在不同驱动力作用下的平衡构形;然后利用局部线性化方法调整结构初始参数,实现对结构形状的精确调控,以满足建筑设计对控制点坐标的要求.利用所提方法分别对逆吊型、充气型和张拉型自由曲面进行了数值模拟分析.通过对Isler逆吊试验模型的模拟,并与实际模型的3D扫描结果进行比较,验证了方法的精确性;通过对一充气型自由曲面的模拟,证明通过多区域分步控制可实现复杂造型结构的多点精确控制;通过对一找形后的张拉型自由曲面结构进行受力分析,证明采用本文方法可获得受力合理的纯压结构.研究表明,本文方法的计算效率更高,适用范围更广,有助于实现建筑与结构设计的协调统一.     

张拉整体三棱柱构型和结构稳定性分析

为深入研究三杆张拉整体基本单元结构的构建方法和稳定性判定问题.提出以结构外形几何参数为基础,应用节点广义坐标矢量矩阵、构件矢量矩阵和连接矩阵建立数学模型,并用MATLAB编程实现单元结构的自动构型.引入构件力密度标量,建立系统力平衡矢量矩阵方程,分析结构的稳定性,把非线性系统平衡问题转化为线性系统平衡问题.通过分析平衡矩阵,对结构系统进行分类,筛选出能够构建起稳定结构的几何参数的变化范围.本研究方法具有通用性,适用于其它张拉整体结构形式的构型和稳定性分析.