柔性索网结构找力分析的方法研究

索网是一种典型的空间柔性结构体系,必须通过施加预应力的方法才能形成有效刚度.预应力的分布则需要通过形态分析(找形与找力)来完成.对找力分析的两种方法--复位平衡法和逆迭代法进行研究,分析了这两种方法的基本思路和算法.结果表明:对大型索网结构,通过找力分析可以得到满足给定形状的预应力分布.     

索网结构找形分析研究

根据力密度法原理,通过结构的拓扑关系和预设的力密度值即可将传统的找形方法中的几何非线性问题线性化,使复杂的找形问题转换成求解一组线性方程组,从而避免了坐标初始值问题以及其他方法致命的收敛性问题。运用编程软件Matlab对索网结构找形编制相应的程序,运用稀疏存储结构的力密度法格式对索网结构找形进行全过程分析。结合三个工程算例验证了力密度法找形的准确性和便捷性。     

力密度法与动力松弛法之比较

本文就索网结构找形常用的两种方法力密度法和动力松弛法在计算时间、收敛精度、迭代策略等方面进行比较分析．分析说明两种方法均适用于解决大型复杂索网结构的找形问题,两种方法均有各自的优缺点,为索网结构设计与施工提供一定参考。     

索网结构混合法找形分析

找形问题是索结构分析中首要解决的问题。本文阐述了非线性位移法、动力松弛法、力密度法等张拉结构找形方法的特点和适用条件,在此基础上提出混合找形法应用于索网结构。并编程通过典型算例对各方法进行分析、对比,数值计算结果表明混合找形方法正确、有效。     

逆迭代法在柔性索网结构找力中的应用

索网中的预应力分布需要通过形态分析来实现,文章针对找力分析方法-逆迭代法在索网找力中的应用进行研究,通过分析该方法的基本理论和数值算法,基于有限元数值计算软件ANSYS建立逆迭代法的计算流程,以实现逆迭代法的迭代过程,并通过算例进行了验证。算例结果表明:逆迭代法应用于大型索网结构的找力分析是可行的。     

索桁架结构体系找形分析的节点位移法

平面索桁架以及南平面索桁架组成的空间索桁结构是一种应用广泛的柔性结构,它依靠拉索的张力提供刚度.寻找柔性结构合理的预应力分布以达到建筑造型和力学性能的要求是其找形分析的主要目的.与索穹顶结构、单层索网结构相比,索桁架的拓扑关系更加简单明确.力密度法、动力松弛法等一般用于解决单层索网等结构由给定预应力确定初始位形的问题,且难以直接应用在通用有限元软件中(如ANSYS).如果套用索穹顶、单层索网等的找形方法(如力密度法、动力松弛法等)进行找形,则无法直接运用通用有限元软件进行分析.本文依据索桁架结构体系简单明确的拓扑关系,发展了一种通过给节点施加位移进行迭代计算的非线性有限元找形分析方法,该方法不同于单层索网或膜结构找形的小杨氏模量法.本方法求解速度较快,结果较为准确,同时便于在现有的通用有限元软件中应用.     

单层平面索网结构找形分析

由于横索悬垂、复杂边界和不对称张拉等因素影响,大尺度单层平面索网玻璃幕墙中出现玻璃安装困难和索力耦联等问题。提出了单层平面索网结构的找形问题,并分析了该问题的独有特点和解决的必要性。针对此类找形问题,文中对非线性有限元逆迭代法进行推广,提供了方便实用的解决方法。为了提高迭代的收敛速度,引进了找形差值修正比例因子矩阵,并给出了该矩阵元素的具体计算公式。算例证明,该方法精确实用,表明单层索网玻璃幕墙支承体系的找形分析非常必要,而且经找形后的索网索力分布更均匀,减少了两个方向索力的耦联,提高了索网结构的安全性和经济性。     

双向张弦结构下弦拉索曲面的找形方法

根据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,给出下弦索网所在曲面的偏微分方程和边界条件;提出先进行复杂边界条件自平衡索网找形,再进行平面索网平衡荷载下变形计算,然后叠加计算下弦索网曲面形状的方法;通过算例介绍有限元法确定下弦曲线的过程,验证计算方法的正确性。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,适合各种复杂边界条件的双向张弦梁设计。     

力密度法在索结构逆找形中的应用

阐述了力密度法的基本原理，并应用到了索网结构的逆迭代法找形分析中，给出了由图纸所给定的索网结构初始几何形状寻找零状态放样几何的具体过程。这种算法具有收敛精度高，计算能力强，适用范围广等优点，是一种很好的索结构找形算法。     

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。     

适时考虑索找力的索膜结构找形方法

实际索膜工程的找形分析,不仅要得到稳定的结构形态,还要得到合适的索的预张力分布。基于非线性有限元找形理论,提出适时考虑索找力的索膜结构找形方法。首先根据是否考虑及何时考虑索找力,分3种情况对一个小品膜结构进行找形分析,发现只有适时考虑索找力的找形方法可以得到形态稳定、索张力分布合理的结构形态。然后采用新方法对大型索膜结构"佛山世纪莲花"体育场屋盖结构进行分析,发现新方法可以快速有效地对大型索膜工程进行找形和找力分析。     

鄂尔多斯东胜体育中心体育场拉索施工技术研究

鄂尔多斯东胜体育中心体育场采用钢拱斜拉网格结构体系,拉索数量多,相互影响较大。针对工程特点对结构进行找力分析,得出每根拉索对应的等效预张力,并考虑施工过程中拉索长度的变化,确定合理的拉索原始长度及调节量;采用基于改进遗传算法的优化理论确定拉索施工顺序,按此顺序对拉索施加相应的等效预张力,得出每根拉索的施工张拉力。     

弦支穹顶结构的形态分析问题及其实用分析方法

寻找弦支穹顶在零状态下的几何构形与计算时所需施加的初应变值是其形态分析的主要目的。基于零状态下所需求解参数的不同,将其形态分析问题分为:找力、找形、找力+找形三类。这三类问题基本覆盖弦支穹顶结构中所有可能出现的形态分析问题。利用较为成熟的数值分析理论针对找力与找形这两类问题,进行计算公式的推导,并通过找力与找形的组合成功地解决了找力+找形问题,最后给出求解这三类问题的计算流程。按计算流程对同一结构模型分别进行找力与找力+找形分析。计算结果表明:由结构在零状态下施加的初应变值换算而来的内力,经内力重分布后与初始态下内力在数值大小与分布上均有较大差别,所以弦支穹顶结构的找力分析是必需的。结构经找形后在零状态下的单元下料长度与结构在已知几何构形下的单元长度相差甚微,但部分节点坐标值在两个状态下却有较大差别,建议结构在建造时可直接按已知几何构形来进行下料,但应按找形后的计算结果进行放样安装。     

一种结合找形和找力的索膜结构设计方法

实际工程对膜结构形状的构造提出了各种不同的要求.针对工程中产生的问题,提出了一种膜结构的形状和相对应的自平衡预应力分开确定的构造方法.这种方法使用面力密度法进行节点力平衡的找形分析;然后使用优化的复位平衡法进行找力分析以确定和形面对应的自平衡预应力分布.结合一个具体工程验证了这种构造方法实际应用的可行性和合理性.     

基于初始基准态的FAST反射面索网结构性能优化分析研究

500m口径射电望远镜FAST反射面索网结构,由短程线型面索网和下拉索构成,采用高强度预应力钢绞线束索,主动变位工作是其最大特点。索网优化设计采用容许应力法,基于索网为形控结构,提出标准球面基准态优化分析方法：根据主动变位工作基本要求和主动变位引起的面索应变变化幅值一定,首先确定下拉索初张力值和面索初应力上、下限值,通过找力分析确定面索初张力后,以初应力接近上限为原则确定面索截面规格。分析若干关键因素对索网结构性能的影响,结果表明：为避免工作态出现过低下拉索力,在面索弹性模量和容许应力一定的条件下,只能通过维持面索初应力水平,增大面索截面积来提高下拉索和面索初张力;周圈钢桁架宜采用滑动支座和较低刚度,并可采取周圈钢桁架沿径向预偏安装、边缘下拉索张拉固定后不参与主动变位的措施;钢索安全系数从2.5调低至2.0,可提高容许应力和面索初应力上限、减少材料和改善内力状况。另外,通过对比碳纤维索和钢索的力学特性,高强、低弹模、轻质量、抗疲劳的碳纤维索适合FAST索网结构。     

东明黄河大桥滑动索鞍的结构设计及应用分析研究

滑动索鞍是东明黄河大桥改造工程新型钢丝斜拉体系的关键技术,当钢丝斜拉索两端的索力不均时,滑动索鞍可以通过滑动来实现两端索力的调节,使两端索力逐渐趋向于平衡。文中介绍了滑动索鞍的构造和功能,并通过理论计算和应用ANSYS有限元分析软件对滑动索鞍进行受力分析,证实了滑动索鞍的结构安全可靠性,能满足桥梁寿命设计的要求。     

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。     

点支式幕墙索支承体系的性能研究及工程应用

双向交叉索桁架体系和单层正交索网体系是最为常用的两种点支式玻璃幕墙支承体系。在小挠度弹性范围推导了单榀索桁架初始刚度和松弛荷载的表达式,并用有限元算例进行了验证。研究了由单榀索桁架交叉布置形成的双向交叉体系的力学性能,以及单层正交索网的受力特点。将以上研究成果应用于天津泰达市民文化广场玻璃幕墙支承体系的设计中,介绍了该体系的基本单元及构造设计,建立了考虑施工过程的有限元结构分析模型,研究了其垂直面的静、动力性能,证明了文中的设计对于提高幕墙支承体系的安全性和使用性具有较好的作用。     

悬索结构初始形态数值分析方法

主要介绍了悬索结构初始形态数值分析方法中最常用的三种方法:力密度法、动力松弛法和非线性有限元法,着重对后两种方法进行了介绍,并给出了相关的算例分析,为分析悬索结构提供了借鉴依据。     

机械立体汽车库自动喷水灭火系统水力计算方法及其应用

摘 要：针对常用绘图软件对自动喷水灭火系统只能进行平面管网水力计算,不能进行立体管网计算的现状,提出了一种适用于机械立体车库自动喷水灭火系统的水力计算方法——主要节点压力平衡法。该方法依据主要节点压力平衡的原则,采用人工与软件相结合的方式进行水力计算,简便且易于操作。通过逐个节点压力平衡的人工精算验证其计算结果。结果表明该计算方法可对机械式立体汽车库自动喷水灭火系统进行较为精准的水力计算。应用该计算方法研究了干管及立管布置对机械式汽车库自动喷水灭火系统流量的影响,为其自动喷水灭火系统设计提供参考。