双曲索网结构极限能力影响因素分析

以双曲抛物面索网结构为研究对象,考虑索网结构在变形、失稳破坏期间的几何及材料非线性特性,采用钢绞线本构关系及ANSYS中索单元,对双曲抛物面索网在固定边界条件下承受静力荷载作用下的极限承载力进行分析,研究了索网结构中索的初索力及索网结构几何大小对索网结构承载能力的影响.结果表明,索网结构随着预应力比的增加,索网结构的承载能力逐渐下降,在半跨荷载作用下,索的极限承载能力相对于全跨荷载工况略有提高;随着预应力增大,两种荷载布置引起的极限荷载差别减小.在工程上,常用几何大小范围内几何尺寸对极限承载能力的影响不大.本文结果可供索网结构设计及施工时参考.     

匀布荷载下双向张弦梁找形的偏微分方程求解法

根据双向张弦梁下弦拉索的平衡荷载与索曲面及索拉力之间的关系,推导了撑杆高度的偏微分方程;给出了匀布荷载及索拉力作用下偏微分方程的级数解;通过算例验证了级数解找形方法的正确性.本文给出的级数解方法只需考虑级数的前三项就可以计算出非常准确的结果,便于在工程中应用.     

中国石油大厦单层平面索网结构施工力学分析

中国石油大厦工程的东、西立面中庭索网幕墙用ANSYS有限元分析法分析单层索网的结构力学特征,并用倒拆法进行索网结构的终态考虑和施工过程模拟计算。文章对该复杂柔性支承结构体的设计及施工过程进行详细介绍,包括在考虑预应力、几何非线性及边界条件的影响下,对荷载工况、承载能力、变形能力及施工张拉过程的模拟计算等。     

双曲线索网结构极限能力影响因素分析

以双曲抛物面索网结构为研究对象,考虑索网结构在变形、失稳破坏期间的几何及材料非线性特性。采用钢绞线本构关系及ANSYS中索单元,对双曲抛物面索网在固定边界条件下承受静力荷载作用下的极限承载力进行分析,研究了索网结构中索的初索力及索网结构几何大小对索网结构承载能力的影响。结果表明,索网结构随着预应力比的增加。索网结构的承载能力逐渐下降。在半跨荷载作用下,索的极限承载能力相对于全跨荷载工况略有提高：随着预应力增大,两种荷载布置引起的极限荷载差别减小。在工程上。常用几何大小范围内几何尺寸对极限承载能力的影响不大。本文结果可供索网结构设计及施工时参考。     

计算双向张弦结构下弦索曲面形状的非线性有限元法

根据平屋顶双向张弦结构索的平衡荷载与索曲面及索拉力之间的关系,给出了下弦索网所在曲面的偏微分方程.提出了用考虑索拉力产生的应力刚化作用的大变形几何非线性有限元法计算平屋顶双向张弦结构下弦索网曲面形状的方法,并给出了该方法的计算过程.通过理论分析给出了屋面为曲面时下弦索网的形状变化规律.通过算例介绍了有限元法确定下弦曲面的计算过程,并验证了计算结果的正确性.本文给出的计算方法物理意义明确,计算过程简单方便,计算结果准确可靠.     

合肥新桥国际机场航站楼索支承点支式玻璃幕墙的设计分析

合肥新桥国际机场3区航站楼陆侧采用单层索网支承体系玻璃幕墙,其具有通透性好,轻盈美观等特点,但设计分析时需要考虑预应力和几何非线性大变形的影响。本文运用ANSYS建立了该3区整体结构的有限元模型,分析了在考虑风荷载和地震荷载的组合作用下玻璃幕墙的承载能力及变形性能,同时讨论了索网幕墙对主体结构的影响。结果表明,幕墙的变形及拉索的内力均满足要求,索网幕墙对主体钢结构的影响不大,通过有限元分析结果为实际工程设计提供依据。     

均布荷载下平面柔索幕墙受力性能的解析方法

平面柔索幕墙面外刚度主要由索中初始张力和索的伸长变形提供。在计算面外荷载作用下索网的受力性能时,必须考虑结构的几何非线性特性。采用解析法推导出均布荷载作用下平面索网的变形和索中拉力计算公式,为设计人员进行索网方案设计提供了方便。     

中国石油大厦单层平面索网结构设计分析

单层索网是点支幕墙中的一种新型支承结构体系,因其具有通透性好,轻盈美观和施工灵活等特点得到广泛应用。索网结构中索的初始预应力对结构的刚度影响很大,随着风载等作用下索网变形的发生,索网的刚度会随之变化,计算中需要考虑预应力、几何非线性以及边界条件的影响。中国石油大厦工程的中庭索网幕墙跨度为40.5m,高50.0m,其中东立面大厅入口处的雨篷悬挑长度达14m,依靠水平支承钢桁架、索网中的竖索和后排竖向平衡拉索实现其稳定。本工程单层索网结构因其跨度大、复杂程度高,给设计和施工带来较大困难。本文对该复杂柔性支承结构体的设计及施工进行了详细介绍,内容涉及荷载计算工况、承载能力、变形能力、施工张拉过程模拟计算等。     

水平荷载作用下点支式玻璃建筑单层索网体系的变形性能分析

单层索网幕墙是一种新型的点支式柔性玻璃幕墙体系,因其具有通透性好、轻盈美观和施工灵活等特点得到广泛应用。但是在设计分析时需要考虑预应力和几何非线性大变形的影响,难度有所增加。参照北京新保利大厦二期工程单层索网玻璃幕墙,于清华大学结构工程实验室建立了1：10比例的试验模型。本文采用有限元分析软件ANSYS对含主次索的复杂单层索网模型在水平荷载作用下的变形性能进行分析,并比较预应力和玻璃刚度的影响。通过有限元分析结果和试验数据的对比,验证有限元计算方法和结果的可靠性,为实际工程设计提供依据。     

单层索网幕墙

索网结构是最为简捷的玻璃面板支承钢结构体系。由于钢索直径小，几乎没有遮挡，因而索网幕墙深受建筑师欢迎并在国内建筑幕墙中广泛应用。索网结构属于有初拉力的柔性大桡度结构体系，设计要考虑几何非线性影响，受力较为复杂。本文介绍了这种结构体系在玻璃幕墙中的工程应用、索网结构的选型和布置以及索网的设计要点。     

基于初始平衡态的索段折线模型

模拟索段的折线模型,假定索线重以集中力形式作用于内节点上,用多折线模拟初始平衡态下的索段,其建模的直接参数为折线数和初始几何（内节点坐标）。以索的基本平衡微分方程和平衡条件为基础,建立了满足既定计算精度的折线数估计公式,提出折线数与拉索线重以及水平跨度和索端直线距离的开方成正比,与初始水平分力以及允许误差的开方成反比;根据索力或无应力索长的已知条件,提出了确定初始平衡态下初始几何的数值迭代方法。算例验证了索段在低应力和大垂度条件下折线数估计公式的合理性,在经过较少次数迭代计算后,所得到的初始几何满足索力和索线重的平衡条件。     

单索非线性分析的修正荷载迭代算法

分析了索变形对荷载的影响,提出了一种修正荷载的迭代算法,运用此算法进行了单索非线性有限元分析,研究表明:考虑荷载修正的迭代算法能够充分反映索变形对沿索长分布荷载的影响,初始状态的假定不影响单索找形结果,从而提高找形的效率。     

双曲抛物面索网结构的近似分析

本文提出的索网结构近似解法,可用来分析任意荷载作用下的椭圆底平面和菱形底平面双曲抛物面索网结构,该法先用级数将索网结构基本方程展开,然后采用最小二乘配点法求解,并通过迭代过程考虑非线性项的影响。算例表明,该近似解法的计算机程序能满足精度要求。     

考虑弯曲刚度预应力索梁结构力学分析

分析了索梁结构中不同种类索单元模式应用中的优缺点,在两节点悬链线索单元的基本假定和分析的基础上,考虑压弯变形的影响,提出改进的悬链线索单元—三节点弯曲索单元,并应用迭代法对其进行求解。通过算例分析表明,改进的三节点弯曲索单元考虑了弯曲变形的影响,对跨度、自重较大的悬索体系在承受反向荷载（风吸力等）时,准确的分析其空间受力性能具有一定的应用价值。     

基于动刚度法的复杂索缆体系的动态分析方法

索缆结构是一种重要的结构承载系统。随着现代工程结构跨度和高度的增加，土木工程中使用的索缆长度也在增加，其结构形式也越来越复杂。在这种情况下，索缆结构的动态分析已成为结构设计、使用性能监测和维护以及振动控制的关键。现有的索缆动态分析理论只能考虑部分设计参数的影响，或仅适用于结构形式相对简单的索缆系统，而对于复杂索缆结构的精确动态分析，难以兼顾分析效率和精度，因而不太适用。本文在动态刚度法（DSM）的基础上，建立了一套复杂索缆系统的精确动态分析方法；以裸索系统、复合索缆系统和带侧向支撑的多段索缆系统为代表，说明了该方法的有效性和适用性。主要的贡献和成果如下： 提出了考虑弯曲刚度、内部阻尼和电缆附加力的小下垂索缆频率方程的精确解；给出了带双护套防腐系统的拉索的动态模型和解法，探讨了填充材料对系统阻尼和频率的影响；基于DSM建立了多段索缆系统的动态模型，并提出了相应的动态解法方案。据此，分析了某悬索桥主缆的动态特性。理论分析结果与实测值和有限元求解结果有很好的一致性，这表明所提出的方法的准确性。本文提出的索缆动态分析方法具有较高的计算精度，且易于实现，可为工程中索缆及索结构的初步设计和健康监测提供理论依据。     

索的风振响应分析

本文对索的静力分析方程做了讨论,建立了索的动力分析模型,明确了索的动力分析实质是索上各集中质量点的空间位移和相应索段轴向张力在各时间点上迭带平衡的过程;研究了随机风荷载作用下,不同初张力索的时域动力响应,对计算结果在频域内做了统计分析,得到了初张力对索动力特性影响的统计规律。     

影响矩阵法确定斜拉桥的合理成桥状态

结合跨海斜拉桥范和港大桥这一工程实例,提出了如何基于影响矩阵法的原理,并结合相关软件,来快速得到影响矩阵,最终计算了范和港大桥的合理成桥索力,结果符合规范及工程计算的精度要求,方法简单方便,具有一定的借鉴意义。     

内凹式索拱结构极限承载力研究

采用考虑双重非线性的有限元方法对内凹式索拱结构的极限承载力进行了参数研究。主要分析了5种荷载形式下支座形式、拱矢跨比、索矢跨比、撑杆数量、拱截面、索截面、初始张拉力和初始缺陷等参数对内凹式索拱结构承载力的影响;并与仅考虑几何非线性的结果进行了对比。分析结果表明:支座形式、矢跨比、撑杆数量、拱截面等因素对结构承载力影响较大;索截面、初始张拉力和初始缺陷等对结构承载力影响较小;其合理的取值范围为:拱矢跨比取0.125~0.20,索矢跨比取0.05~0.10,索截面积取拱截面积的4%~6%,与拱结构相比,该结构的整体稳定性、极限承载力、整体刚度都大幅度提高,对缺陷的敏感度减低;半跨荷载是结构设计的控制荷载,给出了快速确定初始张拉力的简化计算公式。     

An approach based on the catenary equation to deal with static analysis of three dimensional cable structures

In this paper a novel method to solve three dimensional cable structures based on the catenary equation is proposed. The method is a generalization of a previous engineering application to compute the initial equilibrium of railway overheads. The major contributions of this paper are: the extension of the previous engineering application to simulate arbitrary three dimensional cable structures; cable elasticity is incorporated into the formulation; and due to the fact that the method relies on the analytical catenary equations, high numerical efficiency is exhibited. In order to show the validity of the method, comparisons with several well reported cable structure problems are presented. The agreement between the proposed method and published results is excellent.     

预应力锚索的非线性分析

首先，将预应力锚索锚固段离散化，并将预应力锚索体系分解成承受侧阻力荷载作用的岩土体部分及锚固段部分并分别加以研究：然后，基于Mindlin应力解及应力叠加原理计算岩土体内任意点处的应力分布，根据修正分层总和法计算预应力荷载下锚固段稳定岩土体内任意点处的变形值，根据锚索锚固段荷载传递特性来计算其变形量：最后，根据两者荷载、变形协调关系建立联立方程组，采用迭代法求解，可以获得各锚索锚固段的侧阻力分布及荷载、变形特性。