空间索杆张拉结构施工全过程分析——以某会展中心鱼腹梁施工为例

空间索杆张拉结构体系以其简洁明确的力学概念在大跨度空间结构中得到了很好的应用,但索杆张拉结构施工成形分析需要解决一个松弛态索杆系统的平衡形态求解问题。基此,结合某会展中心鱼腹梁施工案例,对索杆张拉结构的施工成形和施工控制方案进行系统研究。采用MIDAS/Civil程序对一组已知构件原长的松弛索杆鱼腹梁体系进行其在自重作用下几何非稳定平衡形态的找形分析,并通过自平衡分析验证了找形的正确性。此外,进行正装施工全过程数值模拟,得到了施工过程各层鱼腹梁的变形及索杆的控制拉力,并给出了施工控制措施及步骤。     

考虑约束条件的索杆张力结构找形研究

文中首先阐述常用力密度法的优缺点,在此基础上从能量的角度出发,建立基于梯度优化的索杆体系找形方法。利用拉格朗日乘子法将约束条件添加到目标函数中,并应用梯度法进行优化,从而得到考虑约束条件索杆张力结构的形状。在给定初始条件下,该方法可以找到同时满足能量最小和一定形态要求的索杆张力体系。并利用MATLAB编制相应程序,算例分析结果表明本文给出的索杆体系找形的方法适合于绝大多数索杆体系,无论是简单的平面张力结构、索穹顶结构,还是复杂的索桁体系。该方法的优点之一是可以在目标函数中直接引入边界约束条件,从而可以较方便地求解考虑约束条件的索杆张力体系的几何形状。     

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。     

基于显式弧长法的索杆张力结构成形过程数值模拟

索杆张力结构的施工成形本质上是通过缩短主动张拉索长度来驱动的,因此其成形过程可通过一系列随张拉索长度变化引起的连续平衡构型来模拟.由于施工过程中结构几何的不稳定性,通常采用动力松弛法进行这种松弛索杆系统平衡形态的求解以避免建立系统的刚度矩阵.将张拉索长度作为控制变量,在动力松弛法基础上引入了一个位移约束方程.进而提出了一种显式弧长策略来实现索杆张力结构成形过程的自动跟踪求解.该方法的优点是在求解过程中通过限制控制变量的增量以使结构位移保持恒定增加,因而求得的成形过程较常规方法更平稳,甚至可跟踪到可能存在的奇异构型.对一个索穹顶算例进行了的成形分析,计算结果反映了本文方法的精确性和有效性.     

基于显式弧长法的索杆张力结构成形过程数值模拟（英文）

索杆张力结构的施工成形本质上是通过缩短主动张拉索长度来驱动的,因此其成形过程可通过一系列随张拉索长度变化引起的连续平衡构型来模拟.由于施工过程中结构几何的不稳定性,通常采用动力松弛法进行这种松弛索杆系统平衡形态的求解以避免建立系统的刚度矩阵.将张拉索长度作为控制变量,在动力松弛法基础上引入了一个位移约束方程.进而提出了一种显式弧长策略来实现索杆张力结构成形过程的自动跟踪求解.该方法的优点是在求解过程中通过限制控制变量的增量以使结构位移保持恒定增加,因而求得的成形过程较常规方法更平稳,甚至可跟踪到可能存在的奇异构型.对一个索穹顶算例进行了的成形分析,计算结果反映了本文方法的精确性和有效性.     

乐清体育场月牙形索桁张力罩棚结构的索力监测

索力监测对保障索杆张力结构施工张拉阶段预张力的有效建立或服役期中的结构安全具有重要意义.以一个新型索杆张力结构——乐清市体育场月牙形索桁张力罩棚结构为例,结合该结构的特点制定了索力监测方案,将FBG和EM两种索力测量方法应用于该结构的索力监测并建立了能够长期运作的实时索力监测系统,介绍了利用这两种方法测量索力的关键步骤.通过分析该索力监测系统在施工张拉阶段的监测结果发现,FBG和EM传感器能够准确地反映结构施工张拉阶段的预张力变化,体育场结构有效地建立了设计预张力,上、下径向索及内环索的预张力偏差均在8%以内.     

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。     

多组整体自应力模态索穹顶结构施工成形研究

为进一步探索具有多组整体自应力模态的Kiewitt型索穹顶结构的施工成形技术,根据动力松弛法的思路,提出一种松弛索杆体系平衡形态的找形方法,进而设计加工了一个直径为5m的Kiewitt型索穹顶结构模型,模拟跟踪逐步张拉结构外圈斜索到原长的施工成形全过程。试验结果和理论分析基本吻合,表明理论分析方法的正确性及施工成形方案的可行性,同时验证了模型的设计加工是合理有效的。     

索杆梁膜结构找形方法研究

介绍了索膜、索杆、索梁结构找形方法的起源原理及特点,并通过对各种结构找形方法的对比分析,分析了各种方法的优缺点,得出了一些有意义的结论,以提高人们对索杆梁膜结构体系的认识。     

索杆张拉结构的设计和施工全过程分析

索杆张拉结构体系以其简洁明确的力学概念为大跨度结构的应用创造了新的奇迹．本文从工程应用的角度，以索穹顶结构为描述对象，对索杆张拉结构的设计和施工成形分析进行了系统的研究．首先，本文首次提出基于体系平衡矩阵将杆单元内力转化为悬链线索单元内力，并可同时考虑节点荷载、保持体系设计构形的理论方法；其次，本文首次提出基于动力松驰法的控制索段原长的张拉下斜索施工分析及模拟方法．依据本文理论编制的程序成功对一小型索杆张拉结构的设计和施工过程进行了分析模拟．     

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。     

索杆结构张拉过程模拟分析方法研究

张拉成型是柔性索杆结构施工过程的一个重要环节,而张拉过程模拟分析对于制定合理的张拉方案具有指导作用.总结了索杆张拉结构的构成以及受力特点,重点针对张拉过程模拟分析方法展开研究,不仅从理论上阐述了张拉过程模拟分析正装法和倒拆法的数值原理,还总结了计算过程中可能遇到的技术问题并提出解决方法.最后以深圳宝安体育场屋盖结构为算例进行张拉过程模拟分析,并通过分析计算结果判断张拉方案的可行性,为工程施工提供参考.     

大开口环形空间索桁架结构研究

大开口环形空间索桁架结构是由内环索将平面索桁架连成整体的一种索杆张力结构,目前世界上已有几个大型体育场采用了这种结构体系。介绍了这种结构体系的稳定性分析理论和自应力模态计算方法,研究了这种结构体系自应力模态的特点和力学性能。分析表明结构空间性能好,内力分布均匀,对非对称荷载有较强的适应能力,并具有较高的承载能力。     

面向控制随机索长误差效应的索杆张力结构张拉分析

针对索杆张力结构的施工张拉设计,建立了一种定量评价不同施工张拉方案对索长误差效应控制效果的分析方法。假定索长误差变量服从正态分布,分别针对原长控制法和索力控制法推导了索长误差和预张力偏差的解析关系式,进而给出了随机预张力偏差的均值和方差计算式。分析了主动索的合理选择能够减小索长误差效应的原因。以控制结构最大预张力偏差水平为目标,提出了一种基于遗传算法的主动索优选策略。以实际索杆张力结构为例,利用建议方法分析了该结构在不同张拉方案下预张力偏差的分布特性,并对张拉方案进行了优化分析。计算结果表明：索长误差对索杆张力结构初始态预张力造成的偏差不可忽视,合理选择张拉方案是控制索长误差效应的重要措施。     

预应力索杆结构模型相似理论及其验证

缩尺模型试验可用于评估大型预应力索杆结构的静动力性能,而按照相似理论设计的缩尺模型、施加外荷载和边界条件等均对静动力试验结果的准确性至关重要。为此,对需要考虑几何大变形的预应力索杆结构的静力、动力相似理论进行研究。采用方程分析法建立了索杆结构的静力非线性相似准则,进一步研究了自振频率与振动模态的相似性关系。采用量纲分析法建立了索杆结构时程分析相似性条件,并结合算例进行了验证。结果表明：当杆件长度、截面积、内力、外力以及材料弹性模量等存在相似性,且外力、轴向刚度、内力相似比相同时,缩尺模型与实际结构的静力非线性变形具备相似性;材料弹性模量、质量密度、杆件长度、截面积、内力存在相似性,且内力与轴向刚度相似比相同时,缩尺模型与实际结构的振型相同、频率满足相似性;要达到索杆结构的时程分析相似性,需考虑时间、杆件长度、截面积、外力、内力、材料弹性模量以及边界条件的相似性。     

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。     

索支承实腹式钢拱结构承载性能的试验研究

本文设计并完成了一榀10m跨索支承实腹式预应力钢拱模型试验.通过对不加预应力的普通拱以及两种不同索支承钢拱的静力试验,不仅验证了索支承钢拱结构在承载性能上的优越性,而且得到了在预应力施加过程中以及在荷载作用下索支承钢拱结构内力和变形的变化规律.试验还就索支承钢拱的节点构造形式进行了探讨.本文还采用混合有限元法分析试验模型,并与试验结果进行了对比分析.     

大跨空间结构的发展——回顾与展望

大跨空间结构是目前发展最快的结构类型.大跨度建筑及作为其核心的空间结构技术的发展状况是代表一个国家建筑科技水平的重要标志之一.本文就空间网格结构和张力结构两大类介绍了国内外(但主要是国内)空间结构的发展现状和前景.对这一领域几个重要理论问题,包括空间结构的形态分析理论、大跨柔性屋盖的动力风效应、网壳结构的稳定性和抗震性能等问题的研究提出了看法.     

滚动式撑杆下节点研究与应用

对现有的弦支穹顶预应力施加方法进行总结,分析张拉环索方法所面临的环索与节点间摩擦损失的问题,提出在节点中设置转轴的概念,用滚动摩擦力代替滑动摩擦力来减小摩擦损失,并给出两种下弦节点方案——单体式新型节点和压板式新型节点,最后以某结构模型试验为背景给出一种具体节点实物设计,从多角度给出一款在张拉过程中可保证环索滑动,张拉完毕又可将环索固定避免滑动的撑杆下节点。     

弦支穹顶体系及其结构动力特性分析

弦支穹顶姑构体系是在索杆张力体系和单层网壳基础上发展起来的一种新型复合空间姑构。本文概述了弦支穹顶结构产生的背景和结构原理,采用ANsYS程序进行了姑构的模态分析和地震响应分析,得到了弦支穹顶结构体系的动力性能姑果,并将弦支穹顶结构不施加预应力的情况和预应力作用下结构的动力特性进行了对比分析．