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.     

型索穹顶结构自应力模态分析及优化设计

为了解新型Kiewitt型索穹顶结构的受力性能,采用节点平衡理论和平衡矩阵理论对该结构的自应力模态进行了详细分析,并对这类具有多个整体自应力模态的索穹顶结构采用非线性规划、以初应变能最小为优化目标进行了预应力优化.研究表明,考虑结构对称性后体系超静定次数等于基于平衡矩阵理论运用奇异值分解法求得的整体自应力模态数,且其整体模态数随环索数的增加而呈规律性增加,预应力优化后的合理初始预应力分布在一定的荷载工况作用下由于部分索临近松弛而达到极限状态.     

非线性有限元法分析张拉整体结构初始形态

目的确定自应力平衡的张拉整体结构的初始形态,明确几何和预应力态的选取原则.方法利用力法和位移法原理,针对张拉整体结构的初始平衡形态建立非线性有限元基本方程,并编写其初始形态分析程序.结果结合张拉整体结构的刚度特点,解决了程序迭代计算的收敛性问题.并应用初始形态分析程序计算确定了张拉整体三棱柱的初始形态.结论基于虚功原理迭代方程编写的初始形态分析程序可以有效确定张拉整体结构的初始形态.通过算例分析提出了张拉整体单体给定预应力态及初始几何选取的合理建议.     

基于二次奇异值分解法的张拉整体结构找形分析

为解决给定张拉整体结构的可行力密度找形问题,本文提出一种基于二次奇异值分解的优化设计方法.该方法需事先根据结构的几何对称性对构件进行合理分组,并在此基础上重组平衡矩阵,通过奇异值分解法求解线性齐次方程组以获得满足要求的可行初始力密度.同时引入了切线刚度矩阵特征值的计算方法来检验张拉整体结构的稳定性.最后,基于空间十二杆...     

基于逐点去约束法的索桁张拉结构形状判定及自应力模态求解方法

索桁张拉结构是索杆张拉结构中最有竞争力的空间结构型式之一,其形状判定和自应力模态求解是设计时的两个关键问题。索杆张拉结构的形状判定大都根据平衡矩阵理论进行求解,而平衡矩阵理论一般需要编程,不易被掌握;而已有的求解自应力模态方法大都不能在有限元软件上直接应用。针对这些问题,提出了基于合理位形改进的逐点去约束法。新方法基于索桁张拉结构所具有的拓扑关系,并从合理位形出发推导了形状判定的简洁判断公式。然后,通过对逐点去约束法的研究提出了改进的逐点去约束法求解索桁张拉结构的自应力模态。新方法基于先形状判断后自应力模态求解的思路,可一次性确定结构合理形状和自应力模态,回避了原方法中先求解自应力模态后判断形状的反复求解的缺点;同时新方法未使用原方法中的生死单元技术,保证了求解过程的收敛;消除了因生死单元技术而产生的累计误差,提高了计算精度;避免了坐标转换,简化了求解流程;新方法可在有限元软件上直接应用。算例表明新方法具有系统的求解流程,且收敛快、精度高。     

简支转连续梁桥二次预应力筋张拉参数优化

简支转连续梁桥二次预应力钢束的合理配置对成桥后的应力储备和线形有着重要影响.通过有限元计算分析了二次预应力筋张拉参数(长度、根数、张拉控制应力)对结构的影响,改变张拉参数进行若干组有限元计算,生成BP神经网络样本,将其作为遗传算法寻优的子程序识别出最优的二次预应力筋张拉参数.襄樊四桥的工程实例亦表明,该方法获得了较为满意的优化结果.     

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.     

空间扭转系杆拱桥吊杆张拉顺序优化

空间扭转系杆拱桥是一种新型桥梁结构。由于主拱肋采用扭转形式及吊杆锚固的特殊性,使得吊杆张拉变得复杂,在制定张拉方案时要确定最优的张拉顺序。为此,采用ANSYS建立有限元模型,在倒装法的基础上,以主拱肋指定截面应力、吊杆初始张拉力以及张拉过程中吊杆力为控制对象,给出一种循环计算方法用于求解最优顺序。通过在马鞍山市阳湖大桥施工监控过程中的应用,证明该方法的合理性与实用性。     

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.     

基于改进粒子群算法的天线索网预应力优化

为了解决天线反射面索网张拉时预应力求解问题,利用索网结构空间几何特性对其进行简化处理,从整体中提取部分索段并加设相应的边界条件.在平衡矩阵法的基础上,采用与禁忌搜索法相结合的混合粒子群算法,将简化后结构由形找力的问题转化为数学上的约束优化问题,同时改进粒子群进化算法来解这一优化问题.采用该算法对三向网格形式的天线抛物面索网结构进行了预应力的优化确定,并将优化的预应力值作为初始力导入索网结构有限元模型中进行非线性有限元分析,索网结构的节点位移量和相应的物理模型型面测量的精度均方根为0.219 mm,验证了算法是可行和正确的. 关键词：     

满约束轴向拼接张拉整体结构的自稳定性分析

为获得更多张拉整体构型和拓扑结构,本文基于平衡方程,研究张拉整体拼接结构自稳定条件下的结构参数关系的求取方法。基于三杆张拉整体单元轴向拼接形成的臂状张拉整体结构,以减少结构节点约束数为目的去除索构件,获得一种新型满约束轴向拼接张拉整体结构;分析此结构的节点坐标、构件向量的求取方法,推导结构的平衡方程;依据节点和构件之间的连接关系,以获得方阵形式的平衡矩阵为目标,提出了平衡方程缩减原则;根据平衡方程有非零解,平衡矩阵行列式为零的原则,获得保证张拉整体结构自稳定的结构参数关系。通过具体实例分析,证明此方法正确,获得的结构参数关系能够保证确定的满约束轴向拼接张拉整体结构的自稳定性。     

基于Von Mises应力的预应力钢结构拓扑优化设计

为预应力钢结构设计获得最优拓扑构型和索力值,以结构拓扑和索力值为设计变量,以Von Mises应力为约束条件,建立了以结构质量最小为目标函数的数学优化模型.在求解方法上,首先以结构储存应变能最小(刚度最大)确定施加在结构上的索力值,然后采用渐进结构优化法删除低Von Mises应力单元实现结构的拓扑优化以减轻结构质量.算例结果与相应体系受力性能相吻合.     

张弦梁结构张拉力确定方法研究

张弦梁结构属于预应力钢结构的一种,在进行拉索预应力导入过程中必须保证施工过程的安全性和完工时的受力状态满足设计要求.因此,必须对张拉索进行张拉过程的索力优化分析和研究,保证对整个施工过程的安全控制.以双向张弦梁为例对比了3种优化方法对张弦梁结构的适用性.经计算分析,得出了张力补偿法为适用于张弦结构张拉力确定的最优方法.结合鹤壁市体育馆预应力空间桁架钢屋盖结构,采用张力补偿法进行了该结构施工阶段分析,得出了高强钢索的内力发展变化规律,验证了张力补偿法在实际大型预应力空间钢结构中的适用性.     

三板溪大吨位预应力中墩三维有限元分析

采用三维有限元方法,对三板溪水电站溢洪道控制段大吨位预应力中墩进行了整体空间应力与变形分析,得到了典型工况下结构整体位移、变形和结构重要部位的应力分布规律.根据有限元计算成果,评价了大吨位混凝土结构的预应力效果,探讨了减少预应力水平次锚索排数和简化张拉施工过程的可行性,并结合设计与布置要求完成了优化方案的对比计算分析.全部有限元计算结果为三板溪工程溢洪道控制段预应力体系设计与优化提供了依据.     

后张法预应力混凝土箱梁张拉次序的有限元分析

预应力的张拉是预应力混凝土结构施工中的一个重要环节.针对某双线铁路就地浇筑的预应力混凝土整体箱梁,采用MIDAS/CIVIL结构分析软件对该梁施工中预应力筋的分批张拉过程进行了仿真分析.从中探讨了在不同张拉次序下箱梁的应力、变形的变化规律,并通过对仿真计算结果进行分析比较,给出了预应力筋的合理张拉次序,可为同类工程的设计与施工提供参考.     

预应力索-桁架结构拓扑优化设计

对包括索力值、构件截面尺寸和结构拓扑的预应力索-桁架结构优化设计进行研究.以应力为约束条件,建立以结构质量为目标函数的数学模型.在求解方法上,首先建立求解索力值和构件截面尺寸的线性规划模型;证明了在每个迭代步中,该模型的最优解至少使得1个构件截面尺寸为零,并通过删除零力杆实现结构的拓扑优化设计.算例结果与相应体系理论相吻合,表明本文所提出的方法有效,可为预应力索-桁架结构提供合理的布局.     

预应力索杆结构的施工张力偏差分析

本文基于索长误差的概率分布模型,分析预应力索杆结构施工张拉的初始预应力偏差。首先讨论了索长误差的随机数学模型,建立了一种关于预应力索杆结构索长误差效应的计算方法。其次以实际工程为算例,考察不同的索长误差对结构初始预应力的影响,并比较不同的施工张拉方案对于减小索长误差影响的效果。分析结果表明,合理的张拉方案能有效减小结构的初始张力偏差。     

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.     

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.     

关于预应力混凝土空心板最小配筋率的讨论

混凝土受弯构件在少筋的情况下容易发生钢筋拉断的脆性破坏 ,特别是预应力混凝土构件由于初始张拉力的存在更容易发生脆性破坏 .因此 ,对预应力混凝土构件的最小配筋率限制得更严格 .针对预应力混凝土空心板最小配筋率不满足的情况 ,采用调整张拉控制应力系数Cx 值和部分张拉受力钢筋两种方法 ,对预应力混凝土空心板最小配筋率的变化情况进行了分析和讨论 ,通过对计算结果的分析处理 ,对预应力空心板的设计提出几点建议 ,所得优化系数有较好的应用价值 .