大跨度索杆张力结构的预应力分布计算

针对多自应力模态与机构位移模态索杆张力结构可行预应力分布求解的最复杂情形,为得到一种具有一定普遍意义的预应力优化求解策略,以该结构体系的一种新形式——大跨度环形平面空间索桁张力结构为基础,考虑其几何拓扑形式多样的特点,应用结构平衡矩阵理论与代数奇异值分解算法,通过对结构模态矩阵的分解变换及其组合运算,提出了一种可依据结构预应力分布的不同优化目标进行求解的新方法——目标选择优化法,使多自应力模态索杆张力结构体系的可行预应力分布求解工作得以便捷的实现。在此基础上,对大跨度索杆张力结构的预应力分布计算方法分三类进行了较为全面的总结;通过三种不同形式新型空间索杆张力结构的可行预应力分布求解算例,验证了上述计算方法的简捷与有效。     

索杆张力结构自应力模态分析及预应力优化

分析了现有各种求解索杆张力结构初始预应力方法的局限性,充分考虑对称性和整体可行性,从平衡矩阵理论出发利用奇异值分解法提出了一种旨在求解各种张力结构体系的整体自应力模态的求解方法,并对具有多个整体自应力模态的索穹顶结构采用修正单纯形法、以外圈环索初内力最小为优化目标进行了预应力优化。研究表明,充分考虑对称性和整体可行性的奇异值分解法能求解各种体系的整体自应力模态,预应力优化能求得满足条件的合理初始预应力分布。     

关于索杆杂交结构两个问题的探讨

对于索杆杂交结构,可以根据平衡矩阵理论确定体系在初状态几何下的整体预应力分布和大小,同时也需满足杆件的变形相容条件和本构关系。本文对索杆杂交结构采用平衡矩阵理论进行了探讨,指出索杆杂交结构不存在独立柔度分布模态。索杆杂交结构一般是杆件拓扑关系有规律的对称结构体系,位置对称的杆件其预应力相同,本文提出了一种新的索杆杂交结构整体可行预应力求解方法,即根据杆件的对称性,直接从体系的平衡方程求解整体可行预应力。     

力形结合求解索杆结构自应力模态

索杆张力结构是指由索和杆为基本单元,通过施加预应力提供结构刚度的一类空间结构体系。自应力模态是索杆张力结构满足结构自平衡的内力模态,自应力模态的确定是结构后续受力分析及性能研究的基础。提出的力形结合法是在结构初始几何形态的基础上,充分考虑结构的对称性及索受拉、杆受压的特性,依据结构内力自平衡的要求,直接求解出一组自应力模态,该组模态是一组实际可行的杆件内力分布状态。     

奇异值分解法在索穹顶结构设计中的应用

以某索穹顶工程为背景,介绍了平衡矩阵奇异值分解法的理论及其在确定索杆体系初始预应力分布中的应用。并指出当采用平衡矩阵奇异值分解法求解索穹顶结构的整体自应力模态时,对杆受压、索受拉的杆件正确分组是能否得到满足整体平衡的初始预应力分布的关键。采用以上方法得到初始预应力分布后,即可对索穹顶结构进行非线性有限元分析,求得各荷载态下结构的受力性能,反复迭代多次得到整体结构几何稳定的最终预应力分布。     

索杆结构的合理预应力设计

索杆张力结构(简称索杆结构)只有在施加了预应力之后,结构才具有刚度,才能承受荷载,但是预应力程度究竟应该多大才合适一直困扰着设计人员。提出了最大设计荷载作用下的索杆结构合理预应力的确定方法。自行编制了基于平衡矩阵增量非线性分析方法的计算机程序,并对一个具有一阶自应力模态的索杆结构进行分析计算。计算结果表明该程序具有相当高的精度,此理论适合工程的应用。     

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。     

索杆张力结构的计算机分析程序CSTS

索杆张力结构的分析包括成形过程分析、自平衡预应力跟踪分析和荷载受力分析,涉及形态和非线性有限元分析理论,本在阐述索杆张力结构分析的主要内容和方法的基础上,详细介绍了索杆张力结构计算机分析程序ＣＳＴＳ的功能模块,界面和菜单布置。该程序适用于索穹顶,索网结构、索桁结构和张拉整体等结构体系的分析计算。     

索杆梁结构体系初始状态与零状态的确定

索杆梁结构的典型代表之一是车辐式索桁结构,它主要由外压环、内拉环以及连接内外环的索桁结构组成.基于平衡矩阵理论,对索杆结构或索杆梁结构初始预应力态(施工完成时的预应力分布与结构位形)进行求解,在有限元软件中以索和杆的设计内力为目标,通过力的迭代和更新结构模型获得更准确的初始状态.该状态可考虑弹性变形和结构自重等荷载的影响,且其几何位形要满足设计要求,也是施工验收的重要依据.根据结构的初始状态及其计算模型,即可确定零状态梁的加工位形以及索和杆的下料长度.     

索杆梁混合单元体系的初始预应力分布确定问题

本对平衡矩阵理论进行了系统研究，建立了两节点索、杆、梁单元的平衡矩阵的一般形式，并对各种加劲梁、张弦梁结构等索杆梁混合单元体系的初始预应力分布的确定和截面设计进行了分析．依据本理论采用VC 6．0编制了相应程序模块，算例分析验证了本方法的正确性．     

2008奥运会羽毛球馆索撑节点预应力损失分析研究

2008奥运会羽毛球馆弦支穹顶结构采用张拉环索的方式施加预应力,环索与撑杆相连的索撑节点的设计、构造与施工是保证环索实现预应力有效传递的关键技术。本文分析了索撑节点的几何构造,对预应力摩擦损失的计算方法进行了研究。利用ANSYS对环索和索撑节点进行了带摩擦的非线性接触有限元分析,并通过实际施工监测数据反算了预应力损失,将设计计算结果与实测数据分析结果进行了对比,并分析了预应力损失值偏大的原因。对张拉环索的弦支穹顶索撑节点提出如下建议:索撑铸钢节点的加工制作应采用精密加工,确保节点几何尺寸严格满足设计要求;索撑节点构造应进行改进,减小环索张拉时的预应力损失;在加强加工制作精度和施工质量控制的情况下,建议索撑节点预应力损失设计取值为5%~6%左右。     

张力结构的几何稳定性分析

本文介绍了张力结构的基本概念及其结构特点。通过对杆系结构的分类、自应力模态、机构位移模态的确定 ,以及体系稳定性判别准则等细节的研究 ,对结构几何稳定性作了较为完整的分析     

大跨度环形索桁结构体系的找形

讨论了大跨度环形索桁结构体系初始预应力分布的一般求解方法,并利用奇异值分解法进行了几个典型结构的算例分析.对于环索水平的情况,本文分析了桅杆之间的自平衡内力关系,给出了它们之间的关系公式,并绘制了相关曲线,这对于此类结构的找形以及结构选型具有重要意义.     

索支承门式刚架模型静力试验研究

本文设计并实施了一榀10m跨索支承实腹式门式刚架模型试验。通过对不加预应力的普通门式刚架以及两种不同预应力水平索支承刚架的静力试验,不仅验证了索支承门式刚架结构承载性能上的优越性,而且了解了在预应力施加过程中以及在荷载作用下索支承刚架结构内力和变形的变化规律。试验还就索支承刚架的节点构造形式及预应力施加工艺进行了探讨。为探索这种结构的理论分析方法,本文还采用混合有限元法分析了试验模型,并通过试验与理论结果的对比分析验证了该方法对这种结构的适用性。     

青岛北站撑杆式预应力钢压杆的极限承载力分析

结构的屈曲分析可分为特征值屈曲分析和非线性屈曲分析。简要阐述结构特征值屈曲分析和非线性屈曲分析的的基本理论,利用ABAQUS对青岛北站中的预应力钢压杆进行特征值屈曲分析和考虑材料非线性和几何非线性的非线性屈曲分析,对比两种分析方法所得的极限承载力的差别,同时在非线性屈曲分析中,分析在不同的初始缺陷和不同的初始预应力的条件下预应力压杆极限承载力的变化,所得结论可为同类大跨空间结构预应力压杆的设计与计算提供参考。     

肋环型索穹顶初始预应力分布的快速计算法

肋环型索穹顶是美国工程师Geigcr根据Fuller的张拉整体结构思想开发的一种新型预张力结构，并最早应用在汉城奥运会的体操馆和击剑馆。考虑到该结构是一种轴对称结构，本文提出了确定初始预应力分布的快速计算法．该法从平面径向桁架节点平衡关系入手，推导了不设和设有内拉环的肋环型索穹顶预应力杆内力一般性的计算公式。对特定参数的索穹顶结构还给出了内力计算用表。通过本文提供的分析方法、计算公式和内力计算用表，可方便快速地确定肋环型索穹顶结构的初始预应力分布，为该类结构的进一步设计和力学性能分析提供基础。     

Reliability-based evaluation of the prestress level in concrete containments with unbonded tendons

It has been a common practice both in Sweden and worldwide to enclose nuclear reactors with prestressed concrete structures. The prestress level decreases with time from its initial value due to various degradation mechanisms. To ensure that the prestress level is sufficient the tendon force is measured at regular in-service inspections. The intention with this paper is to present a reliability-based procedure to evaluate the prestress level on the basis of data from in-service inspections. Existing approaches to evaluate the prestress level do not take into account the variability in the measured prestress. It is not possible to achieve a complete assurance concerning the prestress level. However, by using a probabilistic model, involving the variability in the measuring result and the structural behaviour, the prestress level could be confirmed in a more stringent way. Both the time dependent loss of prestress and the possibility of tendons being broken (due to defects as corrosion) are considered. To avoid through-wall cracks in the concrete it is required that the prestress shall counterbalances the tensile stresses expected at an internal accident. The factor of interest is the prestress level in the concrete and not the force in individual tendons. Several tendons influence the prestress level in a specific part of the containment. The required prestress level shall be fulfilled in all parts of the containment where each part is influenced by a number of individual tendons. It is suggested in this paper that this problem can be analysed as a structural reliability problem idealized as a series of correlated parallel subsystems.     

索桁架支承体系初始预应力分布计算

初始预应力分布计算是索桁架结构受力分析的基础，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在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，该方法计算简单，易于被工程设计人员采用。