索杆张力结构初始预应力分布计算

索杆张力结构是指由张力索和压杆组成的、具有预应力自平衡的新颖结构体系。初始预应力分布的计算是索杆张力结构受力分析的基础。本文在讨论索杆张力结构体系特性的基础上,从平衡方程出发,应用矩阵奇异值分解方法和广义逆矩阵,计算确定索杆张力结构的初始预应力分布。算例表明本文的分析方法是正确和有效的。     

环形张力索桁罩棚结构施工过程的形态分析

本文从一种新型索杆张力结构———环形张力索桁罩棚结构的施工成型分析出发,阐述了该问题的实质是一组已知构件原长的松弛索杆体系在其自重作用下的几何非稳定平衡形态的找形分析。根据力密度法的思想,本文提出了一种松弛索杆体系几何非稳定平衡形态的通用找形方法。该方法不受结构形式的限制,且引入了很少的计算假定,能够解决不同形式的索杆张力结构施工过程的形态分析问题。本文还模拟了一环形张力索桁罩棚结构的成型过程,利用该方法求解其施工过程每个步骤下的形态。算例分析结果表明,该找形方法能够有效地模拟索杆张力结构的实际成型过程。     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

索杆结构的合理预应力设计

索杆张力结构(简称索杆结构)只有在施加了预应力之后,结构才具有刚度,才能承受荷载,但是预应力程度究竟应该多大才合适一直困扰着设计人员。提出了最大设计荷载作用下的索杆结构合理预应力的确定方法。自行编制了基于平衡矩阵增量非线性分析方法的计算机程序,并对一个具有一阶自应力模态的索杆结构进行分析计算。计算结果表明该程序具有相当高的精度,此理论适合工程的应用。     

基于误差控制的索杆张力结构张拉成型方案的选择

针对在索杆张力工程中普遍存在施工误差、同时又缺乏能有效控制误差效应的张拉方案选择技术现状,首先基于随机理论构建了杆件长度误差的数学模型,并通过分析索杆张力结构的自应力模态数和机构位移数提出了确定主动索数的基本思路;然后基于空间铰接索杆结构的三大方程构建预张力偏差与杆件长度偏差的基本关系,并在此基础上进一步构建了以主动张拉索索内力可精确控制条件下其余被动索索内力偏差与杆件长度偏差关系,由此来分析评价各张拉成型方案被动索杆内力偏差效应,进而提出能有效控制误差效应的张拉成型方案优选方法;最后以算例分析表明,通过机构分析可初步确定主动张拉索数,不同张拉成型方案具有不同的施工精度,实际工程中可结合施工条件优先选择施工精度高的张拉成型方案。     

索杆预张力结构杆件长度误差敏感性的理论分析与试验研究

针对索杆预张力结构施工中存在的杆件长度误差,基于随机理论建立符合正态分布的随机误差模型,推导了结构预张力偏差与索长偏差的基本关系,并根据数理统计方法得到随机预张力偏差的统计特性,得到各杆件长度误差敏感性评价方法.通过设计跨度为5m的空腹索桁架结构模型,并在其上调整索杆长度来模拟施工过程中产生的长度误差.分析了引入误差后体系预张力变化及结合ANSYS软件数值分析来考察验证各杆件的误差敏感性.结果表明:预张力结构不同杆件具有不同长度误差敏感性.空腹索桁架结构中环索误差敏感性最明显,脊索、斜索次之,桅杆最弱;试验结果与理论分析基本一致,表明理论分析和模型设计加工的有效性和正确性.     

力形结合求解索杆结构自应力模态

索杆张力结构是指由索和杆为基本单元,通过施加预应力提供结构刚度的一类空间结构体系。自应力模态是索杆张力结构满足结构自平衡的内力模态,自应力模态的确定是结构后续受力分析及性能研究的基础。提出的力形结合法是在结构初始几何形态的基础上,充分考虑结构的对称性及索受拉、杆受压的特性,依据结构内力自平衡的要求,直接求解出一组自应力模态,该组模态是一组实际可行的杆件内力分布状态。     

大开口车辐式索承网格结构静力性能影响因素分析

为了深入了解大开口车辐式索承网格结构的静力性能,借助弹塑性非线性全过程分析,分别对索杆体系预张力大小、撑杆高度、外边界环梁高差、环索平面形状、刚性网格矢高、刚性网格形式、刚性网格肋梁曲率及内环高差等影响因素进行分析。分析结果表明:索系预张力主要影响结构的初始形态;增加撑杆高度和刚性网格矢高都能有效地提高结构的刚度和承载力;合理选取边界环梁高差及环索平面形状,可以使得车辐式索杆体系的传力更高效,有效降低索的张力水平;带斜杆的刚性网格对结构刚度和承载力更有利;适当增加肋梁曲率,可提高结构承载力,增大刚性网格刚度;刚性网格内环高差对结构静力性能影响较小。     

An approach for choosing optimal actively-stretched cablesof cable-strut tensile structures based oneigenvalue of sensitivity matrix

施工时合理选择主动张拉索是控制索杆张力结构预张力偏差的主要措施。以单元的预张力偏差平方和作为评价整体结构预张力偏差的指标,通过对反映单元预张力偏差与索长误差关系的灵敏度矩阵进行谱分解,将该指标表示为索长误差与灵敏度矩阵的特征值和特征向量的解析关系式,理论上解释了选择不同主动张拉索会使灵敏度矩阵特征值发生变化,从而直接影响到对结构预张力偏差的控制效果。由于灵敏度矩阵特征值具有衰减迅速的特点,故采用其一阶特征值和特征向量可有效估计结构的最不利预张力偏差。进一步以灵敏度矩阵的一阶特征值为评价指标,基于遗传算法提出了一种主动张拉索的优选方法。以一实际索杆张力结构为例,进行不同条件下的主动张拉索优选分析,其结果验证了优选方法的有效性。     

基于灵敏度矩阵特征值的索杆张力结构主动张拉索优选方法

施工时合理选择主动张拉索是控制索杆张力结构预张力偏差的主要措施。以单元的预张力偏差平方和作为评价整体结构预张力偏差的指标,通过对反映单元预张力偏差与索长误差关系的灵敏度矩阵进行谱分解,将该指标表示为索长误差与灵敏度矩阵的特征值和特征向量的解析关系式,理论上解释了选择不同主动张拉索会使灵敏度矩阵特征值发生变化,从而直接影响到对结构预张力偏差的控制效果。由于灵敏度矩阵特征值具有衰减迅速的特点,故采用其一阶特征值和特征向量可有效估计结构的最不利预张力偏差。进一步以灵敏度矩阵的一阶特征值为评价指标,基于遗传算法提出了一种主动张拉索的优选方法。以一实际索杆张力结构为例,进行不同条件下的主动张拉索优选分析,其结果验证了优选方法的有效性。     

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。     

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.     

预应力索杆支承结构非线性数值分析

预应力索杆体系在点支式玻璃建筑支承结构中得到了广泛的应用,但对这类体系的原理和特性的认识还很不充分,目前所采用的方法和工具,有些还不能完全反映结构的真实情况。本文在考虑索杆结构几何非线性影响的基础上,利用通用有限元软件ANSYS的非线性模块,对索杆体系初始预应力状态和工作状态下的结构受力性能进行了深入分析。分析结果表明,利用ANSYS可以很真实地解决索杆体系的非线性分析问题。     

大跨空间结构在奥运场馆中的实践与发展

在近50年的奥运建筑发展历史中,大跨度空间结构技术一直处于核心地位。现代奥运工程中的各种大跨度空间结构根据结构类型和结构特点可分为薄壳结构、空间网络结构、索杆张力结构和杂交结构等几个类型,研究空间结构理论研究发展历程,总结了空间结构形式发展的特点。     

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。