关于索杆张力结构形态问题的认识和讨论

本文所讨论的索杆张力结构是由索和杆为基本构成单元、通过预应力提供体系刚度的一类空间结构体系，由于其结构构成和受力机理与常规结构有较大的区别，如何正确系统地认识和理解该类结构是目前科研和设计人员面临的重要问题，本文从结构形态的角度，系统地阐述了索杆张力结构设计的主要阶段以及各阶段需要解决的主要形态问题，同时进一步讨论各类形态问题的一般性分析方法和研究思路。     

张力集成体系

本文通过对国内外张力集成体系研究成果的归纳和总结，介绍了张力集成体系的概念，总结了张力集成体系的发展历史，讨论了张力集成体系的定义；介绍了索穹顶结构和平板型张力集成体系（索网架）的发展；根据张力集成体系的性状研究了张力结构的一般特点及其给结构概念所带来的影响。     

全张力、张力集成体系的基本概况

全张力、张力集成体系是由集成单元根据一定的规则组合而成的一种特殊的空间结构。本文首先总结了全张力、张力集成体系的基本概念，回顾了该体系的历史发展过程，探讨了多面体几何与张力集成单元之间的关系、多面体几何与结构的关联性问题，从而形成了对张力集成单元的基本认识。本文还论述了全张力体系的结构特性，并探讨了全张力体系的工程应用前景。     

索穹顶结构体系创新研究

我国自2009年开始建有跨度20 m左右的索穹顶,至2016年已建成跨度超百米的索穹顶结构。但回顾国内外所建成的该类空间结构,均属于传统Fuller构想张拉整体类索穹顶。其上、下弦节点只有1根垂直于水平面的撑杆,形式比较单一,如肋环型索穹顶,上弦节点的环向水平刚度较差。为此,提出了Fuller构想单撑杆（不垂直于水平面）类索穹顶,有利于增加结构跨度。并进一步提出了非Fuller构想多撑杆（下弦节点可设置2根、3根、4根撑杆）类索穹顶。这不仅可改善结构传力性能,而且又能减少斜杆（斜索）和环索数量,方便施工张拉成形。若采用多种撑杆（包括单撑杆）且多种方式设置,当上弦选用径向布置时可归纳称之为肋环系列索穹顶,当上弦选用葵花布置时可归纳称之为葵花系列索穹顶。由肋环系列索穹顶和葵花系列索穹顶可构成多种组合形式索穹顶。研究丰富了索穹顶结构形式、体系和类型,为索穹顶的设计和选型提供了新思路、新空间。     

某空间张弦梁结构的分析与设计

张弦粱结构是一种用撑杆连接抗弯受压构件和受拉构件而形成的自平衡体系.空间张弦梁结构是以单榀张弦粱结构为基本组成单元,通过不同形式的空间布置所形成的以空间受力为主的张弦粱结构.文章以某空间张弦梁屋盖结构为例,分析该空间张弦粱结构的力学特性,可供工程设计与施工参考.     

索穹顶结构整体张拉成形模型试验研究

索穹顶结构既可以通过对所有拉索施加预应力完成对结构预应力的施加,也可以通过对部分拉索施加预应力,其他拉索被动受力达到整个结构被赋予预应力,根据索穹顶结构预应力施加的不同方法,探讨索穹顶结构预应力成形过程。采用不同的预应力施加方法对结构进行全过程仿真分析,表明结构的最终内力和位形与预应力施加方法无关。结合内蒙古伊旗全民健身体育中心索穹顶实际工程,制作了1∶4的试验模型,按照地面组装、分步提升、整体张拉的思路,采用ANSYS数值模拟对成形过程进行了全过程仿真分析,对索穹顶张拉成形方法进行验证。通过在模型试验过程中合理布置拉力传感器对结构从拼装到成形的全过程进行内力跟踪监测,监测结果与仿真分析结果吻合较好,从试验模型的内力变化曲线可找到内脊索开始受力即为结构由机构转变为结构的转折点。     

大跨度悬索结构的应用与发展

文章介绍了大跨度悬索结构的应用与发展的进程及各种索结构体系的受力特点和典型工程实例,概括了悬索结构计算的基本要求和计算方法,并对索结构的节点设计要求进行了归纳和总结。     

中国空间网格结构三十年的发展

简要回顾了中国空间结构三十年来的发展历程,侧重对近十年来我国空间结构特别是空间网格结构(网架、网壳以及一些新型网格结构如张弦梁(单向、双向)、弦支穹顶及索穹顶等结构)的发展及应用予以总结,并对空间网格发展中存在的问题和今后的发展方向进行了阐述。     

索穹顶结构

本文首先分析了张力集成穹顶单元的几何形态，并基于此提出了索穹顶结构的几何及拓扑关系，介绍了几种穹顶结构的构成型式，归纳出了索穹顶结构的工作机理．     

结构概念及全张力体系的工作机理

本在研完了全张力体系和索穹顶结构的基础上提出了结构效率、自平衡、自适应、结构的保守性及拓扑和结构的关联性等结构概念，并提出结构分析中另一个领域——形状拓扑分析是自然科学中的逆问题，本还对索穹顶的力学原理及工作机理作了论述。强调了建立以创造而不是仿生的现代体系结构理论的必要性。     

静定张弦梁结构索力识别的静力平衡法

根据预应力静定结构受力的力学特征,结合现代测试技术及张弦梁结构的静力平衡关系,提出了一种适用于张弦梁结构的索力识别方法.因索力只与各索段的相对空间位置有关,因而避免了常用索力测定方法识别精度受拉索边界形式及材料参数取值影响较大的缺点,也为其它结构形式的索力识别提供了新思路,数值算例证明了本方法的精确性.最后对本方法应用中的有关问题进行了讨论.     

张弦梁结构的索力测量及误差分析

采用自行研制的预应力钢索张力计对延安火车站张弦梁结构进行了索力测量,得出了预应力张拉后张弦梁各索段的索力,并对测量误差进行了分析,得出了一些有益的结论。     

张弦梁索力简化测试方法研究

通过数据说明张弦梁在使用过程中存在明显的应力变化,引入支承条件参数,采用振动法对某会议场馆的索力进行了测试,将振动测试结果与力传感器测试结果进行了对比,得出采用考虑了张弦梁拉索刚度及边界支承条件的计算公式,能够获得较为准确的索力测试结果。     

张弦梁结构预应力张拉有限元模拟方法比较

阐述了在用有限元方法分析张弦梁结构的预应力张拉过程时，常用的施加预应力的方法有力模拟法、等效降温法和初应变法，分析了这三种方法的优缺点，并讨论了三种方法的适用范围，以使三种有限元模拟方法均能较准确地模拟张弦梁施工的预应力张拉过程。     

张弦桁架结构的索力张拉调整及试验

由于各种施工条件的限制,预应力空间钢结构的索力张拉和调整一般都是分批分阶段进行的,但后一批索的张拉会影响前一批已张拉索的内力值,故索力张拉和调整模拟的关键问题是求出每阶段每批次的控制索力.根据索力张拉和调整均为从一个初始状态转变到一个目标状态的原理,将索力的张拉和调整统一为一个问题,即从结构索力张拉调整的初始状态和目标状态的索应变值人手来求解各阶段各批次的控制索力.最后,通过一张弦桁架结构的索力张拉调整试验及模拟分析,表明该方法是可行有效的.     

浙江黄龙网球中心开合钢屋盖拉索张拉分析及施工控制

针对浙江黄龙网球中心开合钢屋盖张弦梁拉索工程,研究了拉索张拉施工分析及施工控制方法;讨论了利用应力松弛法(倒拆法)确定施工张拉力的方法、张拉施工顺序,及根据不同结构类型采用相应的施工控制方法等。     

索加强张拉膜结构的裁剪与拼接方法

从有限元平面应力方法出发,推导了适合索加强张拉膜结构的任意形状三维曲面展成二维平面的有限元公式,并编制了计算机程序,从而解决了膜结构的裁剪问题.     

索穹顶结构张拉找形与承载全过程仿真分析

索穹顶结构的预应力张拉过程是几何体系由机构变成结构的过程。首先,从预应力施工张拉方式实现既定结构成形态、确定结构成形态满足正常使用和安全要求、优化预应力度选定合理结构成形态三个方面,应用重启动计算分析方法,对索穹顶结构进行预应力张拉找形及承载全过程仿真分析。分析表明,采用不同的预应力张拉方式可以达到相同的既定成形态,这为制定预应力张拉施工方案创造了灵活的技术空间。其次,通过对索穹顶结构在不同预应力度下承载全过程仿真分析,得出工程采用的预应力度是安全合理的,并提出结构设计各阶段体系弹塑性性能指标。最后,针对不同跨度索穹顶结构,通过确定结构初始几何形态的初始预应力度P0,以P0为基本模数分析不同预应力度下结构的弹塑性性能,得出索穹顶结构初始预应力为（7.5～10）P0的设计方法。以上研究方法和结论在我国大陆地区首座大跨度索穹顶结构工程--内蒙古伊旗全民健身体育中心工程中实现应用。     

一维张弦梁结构设计中的几个问题探讨

各种结构都有其经济适用范围,通常跨度100m左右的梁式结构用钢量约为80kg/m2[1].一维张弦梁结构亦属于梁式结构,其用钢量与跨度的平方成正比.本文对一维张弦梁结构设计中的几个问题进行了探讨,包括拉索与撑杆的转角摩阻、拉索预应力的合理取值和安全系数判定、结构自重与跨度的近似关系以及两种计算模型的分析比较等,可供工程设计者参考.