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。     

基于灵敏度分析的张力结构作动器优化布置研究

针对自适应索杆张力结构的作动器配置问题,提出一种综合考虑节点位移和单元内力增量的结构响应灵敏度准则。首先,利用位移法基本方程求解不同作动器配置方案对应的加权灵敏度指标。随后,以结构响应加权灵敏度最大为优化目标建立优化模型,并利用遗传算法搜索作动器的最优布置方案。最后,以某Geiger型索穹顶结构为例,进行作动器的优化配置研究,从而验证了本文方法的有效性。     

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。     

预张力斜拉结构拉索卸除后结构分析的迭代法

斜拉结构中的拉索由于各种原因导致腐蚀,就不得不进行部分或全部斜拉索卸除更换。拉索中由于有预张力,卸除拉索,不仅结构的刚度发生了改变,而且等效节点荷载也发生了改变。本文提出拉索卸除后结构分析的迭代法,推导了迭代公式,讨论了收敛速度。本文方法是计算结构变更后的新结构,利用了结构刚度局部变化的特点,且整个迭代过程是在原结构刚度变化相关的节点自由度范围内进行的,因此计算量大大地减小。该法不仅适用于卸除一根索,也适用于同时卸除多根索。     

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.     

考虑拉索滑移的索杆结构展开过程模拟

本文研究了拉索滑移对折叠索杆结构展开过程的影响。在提出一种基于悬链线解析解的二节点索单元的基础上,推导了索在支撑点处的滑移刚度,通过调整支撑点两侧索段的长度使两侧的索力满足协调关系,建立了能够考虑滑移的索结构运动过程分析方法。为了验证本文方法的正确性,对文献中介绍的两个算例进行了分析。分析结果表明本文方法能够正确有效的模拟索结构中的拉索滑移。最后对由四连杆机构和拉索构成的折叠索杆结构的展开过程进行了讨论。结果表明拉索滑移对索杆结构性能的影响较大;当拉索考虑滑移时,主动索的长度变化较小,而且节点坐标的改变幅度更大。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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.     

轮辐式预应力索杆结构点式倒置玻璃采光顶应用技术

轮辐式预应力索杆结构点式倒置不规则椭圆环形玻璃采光顶的魅力在于结构,是天津泰达广场B区装饰工程的亮点,也是设计与施工的难点。轮辐式预应力索杆支撑结构具有良好的稳定性和结构刚度,依赖机械连接的玻璃固定装置具有优良的可调整性和耐久性,夹胶半钢化玻璃、密封胶缝的合理选择应用提高安全性、耐久性。预应力建立是保证索杆结构获得必要结构刚度和稳定形状的措施,安装中需重点对拉索张拉和螺杆、玻璃夹具的松紧度等进行有效控制。     

基于灵敏度矩阵的结构分布质量识别

为获得结构系统的质量分布的位置及大小等信息,提出了一种基于灵敏度矩阵的结构分布质量识别方法.首先分析了质量矩阵变化引起的系统模态改变,然后利用质量矩阵变化后的模态特征方程,推导了结构质量灵敏度系数矩阵的计算公式.将质量灵敏度矩阵代入到质量变化前后的偏差与质量变化系数之间的关系式中,建立了基于灵敏度矩阵的结构分布质量识别...     

预应力斜拉网格结构拉索张拉施工分析

针对连云港体育中心体育场顶篷预应力斜拉钢网格结构工程中拉索张拉力大、数目多、相互影响大、卸载后结构变形大的特点,通过ANSYS有限元分析软件对不同张拉方式进行对比分析,包括初始预应力态结构分析、张拉拉索前拆除满堂支架结构分析、满堂支架支撑网壳时虚拟张拉分析及局部拆除支架的虚拟张拉分析,掌握了预应力拉索张拉过程中索力变化和结构变形的规律,最终选取主动张拉桅杆外侧的背索,被动张拉屋面上的前索的施工方案。并对拉索的施工方案做了介绍。     

大跨椭圆形弦支穹顶结构的施工方案对比及优选研究

结合国内首例大型弦支穹顶屋盖的结构特点、施工现场条件、施工工期及施工成本等多方面因素,详细对比不同施工方案的优劣,指出单一的传统施工方法已难以胜任该复杂结构的施工。由此优选出总体施工方案及流程。即上部双层网壳采用顶升外扩与高空散装相结合的综合安装法;下部张拉索杆体系的安装穿插于上部网壳安装过程中;拉索的张拉应在上部网壳完全合龙并形成整体后实施,按由外围到中心的总体顺序（外圈→中圈→内圈）进行张拉。     

索结构中拉索张力测量的原理与方法

如何确定施工和使用过程中拉索结构的索张力大小是工程设计人员面临的重大问题。阐述了压力表测定千斤顶液压法、压力传感器直接测定法、拉索频率测定法、振动法、三点弯曲法以及弹性磁学法等测量拉索张力方法的原理以及应用。并比较了几种方法的优缺点,说明了各自的适用范围。