“小震”作用下索网结构可靠指标β的计算方法

将Ｗｉｌｓｏｎ～θ法与ＪＣ方法相结合，建立了“小震”作用下索网结构各单元承载能力可靠指标与索系正常使用可靠指标的计算方法，并考虑了索网结构的几何非线性特性以及静载的影响。利用该方法可求出索网结构在“小震”过程中任意时刻单元承载能力可靠指标与索系正常使用可靠指标，并可推广用于分析“大震”作用下考虑索系材料非线性时索网结构的可靠度。     

小震作用下抗震结构时程可靠度计算方法

采用杆系-层模型,将计算结构静力可靠度的改进虚拟变量法与常规有限元法及时程分析法相结合,建立了小震作用下结构时程可靠度分析方法。本文方法可考虑地震作用及结构参数的随机性以及地震作用与静载的共同影响,可确定小震全过程任一时刻结构各单元承载能力及结构侧向变形能力可靠指标)(tb。采用本文方法及Monte Carlo算法分析了一榀受小震作用的三层框架的时程可靠度。结果表明了本文方法的合理性与有效性。     

边缘构件刚度对索网结构风振响应的影响分析

本文根据索网结构中索系和边缘支承结构共同工作且相互影响的特点，运用随机振动理论，考虑风的三维相干性，讨论了脉动风作用下，边缘构件刚度对索网结构的自振频率和风振响应的影响规律。分析表明，临界刚度比是索网结构动力响应计算的一个关键参数。     

抗震结构“小震不坏,大震不倒”可靠性分析

为检验结构在设计基准期内是否满足“小震不坏、大震不倒”的设计原则,本文在定义了设计基准期内“小震”烈度和“大震”烈度的基准上,求出了结构在弹性范围内其承载能力的可靠性及在非线性状态下基于最大变形破坏机制下结构不发生倒塌的可靠性,分别作为结构在设计基准期内完成“小震不坏”、“大震不倒”预定功能的概率。     

单层平面索网结构风振响应的几何非线性特性研究

单层索网体系具有刚度小，质量轻，阻尼小等特点，对风荷载较为敏感，目前对该结构体系风振响应分析的相关研究很少，我国现行幕墙规范相关设计方法也不完善，深入研究索网结构的抗风性能显得尤为迫切。本文以线性自回归模型模拟脉动风速，采用随机模型时程分析方法计算索网的风振响应，探讨考虑不同脉动风速空间相干函数对分析结构风振响应的影响，着重研究在3种索网分析模式下的动力时程响应特征，以及在静力荷载作用下索网的非线性程度，分析结果表明：采用与风频率相关的空间相干函数进行索网的响应分析更合理；索网在平均风荷载作用下达到平衡位置后，在脉动风荷载作用下的非线性程度较弱，可以近似作为线性结构处理，因此可以平均风荷载作用下的平衡位置作为基准，采用频域方法分析单层平面索网的风振响应，这为下一步系统地研究点支式幕墙单层平面索网结构的抗风设计方法奠定基础。     

单层索网体系非线性自振特性研究

刚性结构通常采用“Rayleigh法”的线性化方法近似计算结构的基频，但是单层索网体系属于非线性预应力体系，其自振频率会随着振幅发生变化。通过分析结果表明，当节点质量较大时，用假定惯性荷载的方法计算的误差较大；“Rayleigh法”计算索网频率是基于微幅振动的假定，不能反映其振幅较大时的自振特性。本文采用连续化理论，推导了单层索网体系第一、二阶非线性自振频率近似公式，并将计算结果和瞬态分析结果进行对比，两者吻合较好。非线性自振特性的研究对于单层索网体系在风荷载作用下的响应分析具有十分重要的意义。     

可展开天线中索网结构的形态分析与设计

针对可展开天线这一大跨度索梁组合结构体系,提出了一种可以考虑体系中梁单元影响的天线索网结构形态设计方法。该方法将可展开天线中的索网结构划分为具有确定形状要求的内部索网及与刚性外框相连的边界索网两部分。对于内部索网采用平衡矩阵分析法优化计算出索网中各索段的合理预张力值;对于边界索网则通过跟踪其与天线梁单元连接节点在预张力作用下的位置变化来计入天线刚性外框对索网的影响,并通过对形状变化后的索网进行迭代计算来得到各索段的预张力分布值。依据该文方法编制了相应的迭代计算程序,并通过算例分析验证了上述方法的正确性。     

静力荷载作用下基于敏感性的单层球壳冗余度分析方法研究

冗余特性是决定结构鲁棒性的重要因素,是损伤情况下结构安全性的体现。为合理评估单层球面网壳结构在静力荷载作用下的构件冗余度,本文以结构的应变对单元材料弹性模量的敏感性作为评价指标,综合考虑单元弹性模量的变化对结构的影响,给出了结构构件冗余度的评价方法。为验证方法的有效性,本文将其与利用结构极限承载能力的冗余度评价方法相比较。结果表明基于应变敏感性与利用极限承载能力分别计算的结构冗余度两者相一致。冗余度值的大小是结构单元重要性的衡量指标,冗余度值小的结构单元,其失效后将对结构整体性能产生重要影响,是结构的关键构件。     

线性强化材料索网结构的非线性振动分析

研究了线性强化材料索网结构的非线性振动.在考虑温度变化的基础上,研究了线性强化材料索网结构存在几何非线性变形的振动问题,利用Galerkin原理及改进的L-P法求出了线性强化材料索网结构非线性振动的近似解,讨论分析了温度、线性强化、振幅等因素对线性强化材料索网结构非线性振动固有频率的影响.     

基于一维等效模型的弹性平面索网隔振结构非线性振动响应特性研究

基于某型号卫星抑制动量轮扰动的需求,本文提出了一种新型的采用弹性平面索网对动量轮进行振动抑制的隔振结构,将扰动源动量轮组件与承力筒基础隔离,以减小传递到承力筒处的扰动能量,保证安装在承力筒上的敏感载荷正常工作。本文利用实验验证了该结构的隔振性能并且研究了附属部件的对隔振效果的影响。在对索网结构进行分析时,发现其具有非线性特性,为研究其响应,建立了索网结构非线性振动的一维等效模型,研究了其在受到简谐扰动力时的非线性振动特性;并且通过改变索网结构网格的疏密程度和预紧力等参数,研究其对索网振动特性的影响,从而指导结构的设计和参数优化。     

以减轻重量为目标的索网桁架式可展开太空天线结构的优化设计

针对索网桁架式可展开天线的结构特点和性能要求,对其结构初始设计进行了优化研究.选取天线的桁架单元壁厚和索单元半径为设计变量,并对不同类型的设计变量进行了合理的归并,继而以结构重量为优化目标,以表面精度和基频为约束条件,建立了优化设计数学模型.考虑到索网结构有限元分析给计算带来的非线性和复杂性,使用序列二次规划法对模型求解,并给出了相关动力特性的敏度分析.通过算例分析可知,采用上述优化计算方法可以在保证天线工作性能的前提下有效地降低结构的重量,同时由优化迭代过程中约束函数值的变化情况可知,在一定范围内减小桁架单元壁厚和增大索单元半径,可以有效地提高天线表面精度和改善结构动力性能.     

点式幕墙单层索网谐波地震响应的几何非线性研究

摘 要：预应力平面单层索网是几何非线性较强的柔性张拉结构,由索中预拉力及几何非线性提供平面外刚度,在静力平衡位置预应力刚度较小,荷载作用下结构发生较大变形,因而产生了较大的几何刚度。针对几何非线性对此结构受力特性影响的重要性,对结构几何非线性作了定量分析,提出了几何非线性因子的概念;采用几何非线性时程分析方法,探讨了影响不同几何非线性的单层索网的谐波地震响应。分析结果表明,索网长宽比及索预应力对几何非线性影响较大;单层索网动力响应存在峰值共振偏移现象;并指出峰值共振频率不同于结构的线性自振频率和非线性自振频率。     

基于最小能量原理的矩形平面预应力索网结构大变形自由振动研究

以中关村文化商厦30m×70m平面索网为工程背景,考虑矩形索网结构大变形产生的几何非线性的影响,用最小势能原理推导了非线性振动的微分方程并给出了解法;研究了线性振动频率、大振幅振动频率和大变形后小振幅的振动频率计算方法;结合实例对3个振动频率进行了计算分析。给出的非线性振动方程和解法简单准确,为大跨度平面索网结构抗风抗震设计提供参考。     

碳纤维材料圆形双层正交悬索结构的非线性自振

建立了碳纤维材料圆形双层正交悬索结构的非线性自振控制方程,采用Galerkin原理及L-P法求得碳纤维材料圆形双层正交悬索结构非线性自振的近似解及双层索网层间接触力的近似解.在把碳纤维材料圆形双层正交悬索结构与钢丝材料圆形双层正交悬索结构比较的基础上,讨论分析了温度、振幅、索网垂度等因素对双层索网非线性自振及索网层间接触力的影响.得到了温度升高将使双层索网非线性自振频率降低,振幅和索网垂度增大会使双层索网非线性自振频率增大的结论.     

配有索系控制结构的大型射电望远镜悬索平衡张力的优化

在新一代大型射电望远镜(LT)的悬索舱体系统中增加了抑制风激振动的结构控制索系。基于系统的非线性静平衡方程,通过最小二乘运算和优化策略,获得了适于伺服电机控制的索系平衡张力。分析结果为进一步得到各索杆单元的静应力,构造结构平衡时的非线性几何刚度矩阵,分析在静平衡初始条件下,结构控制索系对系统风振的抑制效果奠定了基础。     

滑动索系结构分析中的摩擦滑移索单元

为精确分析滑动索系结构的内力和变形,创建了一种考虑摩擦力影响的新单元。首先利用作者推导的拉索静力解析解,推导了索段端点的单侧滑移刚度,并给出了其显式表达式,从而可确定连续长索在支撑点处的摩擦滑移刚度。被称为“摩擦滑移索单元”的新单元有三个节点,中间节点为支撑点。它由两个弹性悬链线单元组合而成,并根据支撑点处的两侧索力、滑动方向和摩擦滑移刚度调整两索段的索原长,使支撑点两侧的索力满足摩擦关系。算例验证了新单元算法的正确性和高效性。新单元可直接用于常规的有限元分析中,研究处于工作状态或施工中的滑动索系结构。     

一种确定预应力索网结构几何形状与索力的方法

节点位移与索元内力的求解是索网结构静力计算中的两个基本问题,其特点是结构的形状与内力是耦合的。从索网结构的节点平衡方程出发,推导了索网节点位移与索元内力增量所必须满足的平衡方程与变形协调方程的增量形式,然后用迭代法求解上述非线性方程组,从而对预应力索网结构进行初始平衡态以及荷载态下的节点位移和索力计算。最后给出了两个算例,验证了方法的正确性。     

基于共旋坐标和力插值纤维单元的RC框架结构连续倒塌构造方法

悬链机制会使钢筋混凝土框架结构产生有助于抵抗连续倒塌的附加承载能力,对结构抗连续倒塌能力至关重要。悬链机制处于几何大变形和材料非线性下降段的状态下,需要同时考虑材料非线性和几何非线性,因此对数值分析模型提出了更高的要求。为了解决基于力插值的纤维单元同时处理材料非线性和几何非线性的问题,该文采用基于共旋坐标法,提出了一种基于共旋坐标法的力插值纤维单元。该单元在形成中把变形体和刚体分开,局部坐标系的变形体内采用纤维划分考虑材料非线性,然后加上刚体位移,从局部坐标系到整体坐标系的转换中采用共旋坐标法以考虑几何非线性,给出了二维单元形成原理及非线性求解过程。实例分析结果表明基于共旋坐标法的力插值纤维单元能够较准确的模拟RC框架结构连续倒塌,梁机制阶段主要是材料非线性起控制作用,悬链线机制阶段主要是几何非线性起控制作用。     

预应力混凝土结构中的次内力

在一些工程条件下，对预应力混凝土结构需综合考虑次内力的影响，即除了通常考虑的次弯矩外，还应计及次轴力，次剪力，本文指出了梁，柱次弯矩，次轴力，次剪力之间存在的关系，基于这种关系，本文认为在承载能力极限状态时应考虑次内力，并推导了考虑次内力情况下正常和和承载能力极限状态正截面承载能力的验算公式。     

基于流动坐标系的3维空间动力非线性有限元方法

为了考虑3维空间中柔性结构大幅振动的几何非线性振动效应,建立了基于流动坐标系(CR列式)的Newmark-β非线性有限元动力时程计算方法。在动力时程计算的每一个时间步中,考虑结构的几何非线性,考虑初始应力和重力的时变效应,通过平衡迭代计算,得到有限元模型各个节点的位移、速度、加速度。开发了使用杆、梁单元的有限元计算程序,并提供了详细的计算方法与计算流程。设计了多个算例,计算得到了柔性结构在3维空间的非线性振动现象,依据非线性振动理论解释了现象的原理。通过算例与ANSYS的进行了对比,结果表明:算法与程序编制正确可靠,计算效率高,适用于柔性结构在3维空间中大幅度非线性振动的计算与研究。