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。     

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。     

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。     

基于模态修复的索网结构关键刚度补偿方法

通过动力模态测试可以便于监测索网结构的刚度。通常仅需测试少量目标模态即可评价对主控荷载作用下的结构变形起主要抵抗作用的关键刚度。针对由预应力偏差引起的结构刚度退化问题,提出了通过补张拉来修复目标模态以实现索网结构关键刚度补偿的方法,建立了索网结构预张力偏差、单元长度误差与结构刚度矩阵变化之间的解析关系,分析了目标模态参数修复与结构关键刚度补偿间的理论关系。给出了一种密频区域内目标模态集合的简便扩展方法。基于矩阵摄动理论,建立了补张拉索的索长调整量与目标模态参数变化量间的方程。对于限定补张拉索数量的情况,采用补张拉索的优选策略以提高目标模态参数的修复精度。利用所提出的方法对一个具有预应力偏差的马鞍形索网结构算例进行了补张拉分析。计算结果表明,通过目标模态修复和补张拉索优选可以有效实现索网结构关键刚度偏差的补偿。     

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.     

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.     

月牙轮辐式索桁架结构的预张力偏差分析及调整技术北大核心CSCD

"几何形状"和"预张力"两个设计参数是评判全张力体系结构性能的重要指标,在施工阶段可通过拉索的带应力下料和张拉施工技术来实现.但在实际施工过程中,存在着由几何误差引起的预张力偏差现象.以乐清体育中心体育场月牙轮辐式索桁架结构屋盖工程为背景,围绕如何在施工阶段降低几何误差影响索系初始形态的问题,对拉索应力下料中的关键措施、支承结构施工几何偏差和索系预张力偏差的分析及调整方法进行了细致研究,保证了索系张拉成型后的形状和预张力偏差控制在设计允许范围之内.相关经验可供今后类似工程参考.     

大跨空间钢结构预应力施工技术研究与应用——大跨空间钢结构的预应力施工控制技术

通过大跨空间钢结构施工分析,掌握各关键施工阶段的结构状态,确定施工参数和理论目标值后,尚需确定施工控制项目、允许偏差和主控项目,并在施工中采取系列措施,保证结构成型质量.结合济南奥体中心体育馆弦支穹顶,综合对结构性能影响及相关施工允许误差兼容性,建议弦支穹顶撑杆垂直度的允许偏差为±1/150～±1/200;提出误差影响因子及计算方法,通过对比各控制项目之间的误差影响因子,确定各项目的优先控制顺序,从而确定最优先的主控项目;将群索结构中的拉索分为被动张拉索和主动张拉索.指出被动索的控制关键是索长,而主动索的控制关键是索力,并提出了拉索制作、被动索安装和主动索张拉的系列控制措施.     

预应力柔性结构中拉索预张力模拟的迭代算法和无应力索长的计算

拉索预张力对预应力柔性结构具有重要的作用。这种迭代算法解决了预应力柔性结构计算模型中拉索预张力模拟的问题,并编制有相应的计算程序。该迭代算法的无应力索长的计算方法在江宁体育场预应力钢网壳工程中已成功应用。     

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.     

整体张拉索膜结构索长误差分析及控制限值研究

以长春体育场屋盖整体张拉索膜结构为工程背景,针对施工过程中因索的下料误差、安装偏差等引起的结构成形态索力和位形与设计值偏离的问题,利用有限元软件ANSYS研究了结构预应力分布及环索节点位形对单根脊索、谷索和环索的索长误差的敏感性;并以结构张拉成形态索力偏差不超过设计值的5%为要求,提出了单根索的索长误差限值;最后以得到的各类索的误差限值作为最大允许索长误差,生成随机索长误差样本,分析成形态下结构的索力及位形偏差。结果表明,径向索(脊索、谷索)索长误差仅对自身索力影响较为明显,而环索索长误差对结构各处索力影响较为均衡;建议脊索、谷索、环索的索长误差限值分别取索长的1/1 700,1/2 000和1/2 000,该限值可用于指导长春体育场屋盖结构的施工和验收。     

基于可靠度理论及非线性规划的索杆体系索长误差控制限值研究

为多维度地考虑索杆体系的安全边界,提出了索杆体系基于两种极限状态的三种失效模式,并结合可靠度理论构建了三种失效模式下索杆体系各构件的临界状态方程,推导了索杆体系中索长初始误差对于索力及节点位移的影响系数矩阵,然后采用主要目标法对此非线性规划问题进行求解,提出了考虑结构可靠度、加工要求和制造成本的索杆体系初始索长误差限值确定方法,并进行了算例验证。结果表明,综合考虑三种失效模式后,Levy索穹顶的-初始索长制造误差允许值小于现行规范规定值,应严格控制这类索杆体系的初始制造误差,否则容易发生松弛失效与变形失效。     

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。     

基于可靠度理论的索杆预张力结构支座节点施工误差分析

针对索杆预张力结构体系缺乏有效的支座节点误差分析方法及能指导实际工程的误差允许值的现状,基于可靠度理论和ANSYS软件分析平台,提出了该类结构支座节点误差的敏感性分析方法.进一步提出了基于正常使用极限状态下可靠度指标不低于1.5、索内力偏差不超过10%且满足正常使用极限状态搜索误差允许值的方法.最后结合一具体算例分析支座节点误差服从不同分布时的误差敏感性及误差允许范围.研究发现:支座节点各方向位置偏差产生不同的误差敏感性,且支座各向误差对各类杆件也具有不同的误差敏感性;通过搜索可分别获得不同误差分布状态条件下,同时满足可靠度指标不小于1.5、索内力偏差不超过10%且满足正常使用极限状态的支座节点误差允许值.     

悬链线解答在斜拉索数值分析中的应用

斜拉桥和斜拉索是几何非线性明显的结构。随着斜拉桥跨径的飞速增长,斜拉索的长度也大大增加,目前最长的斜拉索的水平投影长度已超过500 m,这大大超出了常用斜拉索的长度,原有理论的计算精度值得研究。由弹性悬链线静力解析解可推导出弹性悬链线单元,得到单元的刚度矩阵和单元的节点力向量,集成后得到结构的平衡方程。根据该方法,编制了弹性悬链线单元的有限元程序并进行实例计算。该程序可以一根索的任何一个参数值（如索端张拉力或测量预应力状态下的索长）为已知条件来确定索的状态,结果表明,该程序所需单元少、结果精度高,可方便应用于工程实践。建议超大跨度斜拉桥拉索的受力分析采用基于悬链线单元的分析方法。     

单层双向正交索网结构索长误差敏感性分析及控制限值研究

单层双向正交索网结构是由两个方向正交拉索组合而成的索网体系.结构施工偏差和构件加工误差引起的索长误差会改变结构的形状从而改变索力,因此索网结构施工控制,首先应将索长误差控制在一个可接受的范围内,使之对结构响应的影响最小.以国家速滑馆大跨度单层双向正交索网结构为工程背景,研究了由于拉索索长误差引起结构成形态的索力与理论值偏差问题,使用有限元软件MIDAS Gen研究了单根拉索的误差敏感性.研究了单根拉索在不同误差取值下索力的变化规律和同时存在的多根拉索误差对索力的影响,并根据统计学原理制定了拉索的误差控制限值,最后通过现场实测数据验证了该限值的正确性.     

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。     

矩阵迭代法求结构自振特性的初始向量及循环控制

结构自振特性的分析可归结为求解动力矩阵的特征值与特征向量。矩阵迭代法是求矩阵的第一阶特征值与特征向量的一种数值方法。本文作者讨论了用矩阵迭代法求解矩阵的特征值与特征向量时的初始向量选取和循环控制条件,实例分析表明,本文作者提出的方法简单可行且具有较好的精度。     

双层拱形网壳结构预张拉力优化分析

双层拱形网壳结构在建筑美观和受力合理性上有着独特的优势,在大跨度空间结构中的应用越来越广泛。在双层拱形网壳结构的设计和安装过程中,控制拉索的预张拉力是保证其安装安全和位形符合设计要求的关键。本文从确定双层拱形网壳结构拉索预张拉力的分析优化方法入手,选择精确可靠、分析简单的方法,依托实际工程的对比计算,得到了逆分析法和张力补偿法对双层拱形网壳结构拉索预张拉力分析的结果。比较后发现,张力补偿法更适用于双层拱形网壳结构拉索预张力的确定。     

月牙形索桁架结构施工方法比选及误差敏感性分析

海口五源河体育场为月牙形索桁架结构,其索结构体系由径向索、内环索以及悬挂索组成。本工程拉索数量多、工程规模大、施工过程复杂,为确定合理的拉索张拉成形方法,针对悬索结构特点,提出了多种可行的拉索张拉成形方法,利用有限元软件midas Gen对提出的各成形方法进行施工仿真计算,最终确定了“地面铺装径向索及内环索,分别提升上、下径向索,最后安装悬挂索”的成形方法;在施工过程中可能会出现施工偏差以及构件加工误差,为减少施工误差带来的影响,对耳板施工偏差以及索长误差进行模拟,探究误差对结构内力的影响规律,并提出误差控制限值;最后通过对比仿真计算结果与实际施工监测数据,验证选定的成形方法可行,提出的误差控制限值合理。