力密度在悬索结构找形中的应用

力密度形状寻找是一种确定工程中悬索结构初始形状的方法。根据电缆部分假定的力密度值,仅需要线性方程组的解来获得平衡的表面几何形状。本文通过Matlab软件编写了Force密度程序。     

四节点索单元的悬索结构非线性有限元分析

针对柔性悬索结构几何非线性的特点,提出了一种四节点等参曲线索单元有限元模型,并采用三次多项式作为位移插值函数及单元初形状函数,基于修正的Lagrangian坐标描述法,从虚功原理出发推导出单元基本方程和单元切线刚度矩阵,集成后利用Newton-Raphson法求解并编制了程序进行实例计算。结果表明,本文方法精度很高且收敛速度快,可供悬索及索网等张拉结构分析、设计时采用。     

北京中关村软件园“光盘”结构设计

中关村软件园光盘结构集空间斜拉索、悬索于一体,受力十分复杂。在初步设计阶段,首先对结构体系进行宏观估算,确定合适的盘面结构形式和内外斜拉索、径向悬索数目与初始预应力,选择合适的柱截面形式和倾角等。进而根据设计荷载情况确定悬索间支撑数目和结构体系的受力,并初步确定基础的设计情况。     

吉林省速滑馆悬索-拱屋盖结构设计

吉林省速滑馆是2007年第六届亚冬会的主场馆,其屋盖是一个预张力悬索-拱体系,悬索跨度近95m,悬索与拱梁之间设置“之”字状的吊索。悬索水平拉力的平衡体系由桅杆外侧的背拉索、接地索、水平撑杆、斜撑杆或屋顶锚固索组成。这种组合结合了悬索结构和拱结构的优点,悬索增加了拱的平面内稳定性能,同时减小了拱脚水平推力;拱提高了悬索的面内刚度,有效减小荷载作用下特别是非对称荷载作用下的结构变形。介绍了该体系的结构特点、初始预张力确定、动力特性、荷载作用下的力学性能,以及主要节点构造等。     

架空单线索道的计算理论分析

主要以架空单索为基本模型,利用悬索结构的初始平衡构型分析了索计算理论中的“悬链线理论”与“抛物线理论”之间的区别,通过两种理论的比较确定了架空单索结构计算时应选用的一种合理方法。     

预应力索膜结构的温度效应研究

对预应力张拉索膜结构由于温度变化对结构初始平衡形状和静力效应的影响进行研究.考虑温度作用对索膜结构形态和受力特性的影响,在推导索膜结构在温度作用下找形分析和静力分析的非线性有限元方程的基础上,进一步研究温度对索膜结构初始平衡形状和静力特性的作用效应.通过算例分析,探讨不同温度变化作用下的索膜结构初始几何形态、内力和位移的作用效应,并提出工程建议.     

某展览中心屋盖钢板带结构找形分析

国内某展览中心屋盖采用单层单向悬索结构,其中悬索用钢板带代替;定长悬索通过压重后变形而获得初始预应力。先通过单索抛物线理论确定符合建筑使用功能和美观效果的初始态以及相应屋面压重;然后结合施工方案,以初始态为基础,通过不断调整预起拱值的大小反推假定的零状态,进行施工全过程正分析,直到压重下悬索的变形位置达到建筑控制位置为止。结果表明,确定悬索零始态的关键在于边桁架张拉的水平距离和悬索的初始长度;通过试算确定的零状态模型,变形后悬索位置与建筑控制几何位置之间的差距满足预先设定的不大于10mm的要求;所采用的找形分析计算方法不仅能得到零状态以便施工放样,同时还可得到杆件相应初始内力,为分析屋盖结构承受其他外荷载提供条件。此外,还比较了典型节点的位置、典型构件的轴拉力随施工过程的变化规律。     

广州中洲中心前庭光棚预应力悬索体系施工监控

辐射式预应力双层悬索结构属于一种自平衡结构体系,广州中洲中心工程前庭顶光棚采用该结构建成迄今国内覆盖面积最大的结构新颖的玻璃光棚,文中简述玻璃光棚预应力悬索体系施工的监控方法。     

索网结构有限元找形与参数分析

索网结构的形状确定和预应力分布是一对相互影响的参数，需要通过找形实现。工作阶段的曲面几何受多种因素作用容易出现几何形态失稳，这些因素归根结底通过影响预应力分布从而影响曲面几何。通过考虑自重和初始预应力分布差异的参数分析，找出了影响索网结构形态稳定的主要因素。     

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。     

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。     

遗传算法在悬索结构形态优化中的应用

本文提出了关于悬索结构形态优化时设计变量的选取和优化目标的确立方法.通过对基于遗传算法的悬索结构形态优化的研究,表明遗传算法应用于柔性结构优化的可行性和收敛性,且其具有全局搜索能力强、运算稳健性好等优点.     

乐清体育中心体育馆索桁式弦支结构设计与分析

乐清体育中心体育馆屋盖体系采用新颖的刚性屋面索桁结构,该杂交空间结构由刚性单层网格壳体和柔性空间索桁体系组成,可称之为索桁式弦支结构。单层网格壳体矢跨比约为1/21,为改善结构性能,其几何经找形分析确定;柔性空间索桁体系经形态分析确定几何构形和预应力分布。结构计算时考虑几何非线性的影响,对所有组合工况均进行计算,而非仅计算若干单工况再进行效应组合。动力特性分析以及稳定性分析表明,结构刚度分布合理,承载力储备较高,杆件与节点设计满足规范要求。     

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.     

索穹顶结构体系发展的回顾与展望(下)

3　索穹顶结构的找形分析从结构分析的观点看 ,索穹顶就是索 -杆组合的预应力铰接结构体系 ,属张拉整体结构。从几何构造分析的角度来看 ,结构也可分为两大类 :一类为几何刚性 ,即体系内部没有机构位移 ,结构必然稳定 ;另一类为几何柔性 ,体系内部含有机构位移 ,需进行稳定性判定。索穹顶一般都具有很强的几何非线性 ,它与索网结构一样 ,其分析包括两个重要阶段 :一是找形 (Form Finding)分析阶段 ,目的是得到自平衡的预应力几何形状 ;二是受力分析阶段 ,目的是求出在外部静、动荷载作用下结构的反应[5] 。索穹顶结构在施加预应力之前 ,其…     

新型柔性张拉悬挂体系及其受力性能分析

在现有悬挂索拱梁体系的基础上,提出一种具有悬索结构和张拉整体结构优点的新型柔性张拉悬挂体系。为研究该体系的受力性能,采用矩阵分析法对10组风荷载和8组活荷载作用下的柔性悬挂体系进行非线性计算。计算表明,在竖向活荷载作用下结构张力和变形呈现近似线性变化,而在竖向风荷载作用下呈分段线性,利用该规律可进行两阶段简化设计;为了进一步研究该体系在张拉下的可靠性,采用区间法对该体系的初始预张力进行灵敏性分析,通过对81种荷载组合下的结构体系计算,给出不同背拉索预张力和拱索预张力对结构受力性能的影响规律,结果表明该结构变形对初张力较为敏感,在设计和施工中拉索张力设计应以位移控制为主。     

风荷载作用下某气象塔悬索结构有限元分析

悬索结构作为一种柔性受拉结构,在工程中有着广泛的应用。单根悬索在外荷载作用下的受力性能较为简单,但是当大量大跨度悬索相互联结组成群索体系时,对其位移和内力的预测则是一个相当复杂的问题。以某气象塔工程为例,运用有限元分析软件ANSYS,对双向正交悬索组成的群索结构进行找形分析,并计算其在风荷载作用下的位移和应力,分析其位移和应力的变化规律,计算结果较为精确,且与实际符合较好。     

刚性网格索穹顶结构初始形态的确定方法

索穹顶结构是一种结构效率极高的空间张力结构体系,由于该结构节点较为稀疏使得上部刚性网格系统的设计和施工有一定难度,从而也限制了索穹顶结构的推广应用.为了解决这一实际工程问题,进一步拓展索穹顶结构的应用范围,本文提出了一种刚柔相济的组合空间结构--刚性网格索穹顶结构,并给出了三种具体的结构组合形式;同时为了能够较为精确地确定该结构形式的初始形态,本文结合空间杆系平衡矩阵理论和构件原长不变的概念,提出了"近似等效荷载生死单元法",该方法通过荷载的等效和构件单元的"生死"过程来找到结构的初始形态.算例分析表明该方法可以较为准确地确定刚性网格索穹顶结构的初始形念.本文工作可为该类结构的初始选型和设计提供依据.     

基于有限元平衡迭代法的充气膜结构找形分析

介绍了薄膜结构是一种柔性结构体系,本身不具有承载力,其刚度由结构的几何曲面和预应力提供,利用充气膜结构非线性有限元分析理论,基于有限元平衡迭代法对充气膜结构找形,通过算例分析比较,说明找形结果正确可靠。     

索长误差对鞍形膜结构初始形态的影响分析

针对索长误差会造成膜结构的初始形态产生误差这一问题,基于非线性有限元法,通过对索施加温度作用模拟索长的制作误差,研究了索长制作误差对鞍形膜结构初始形态的影响特性和影响敏感度,其中初始形态包括初始几何形状、膜面初始预应力、索初始预拉力及初始支座反力.并进一步分析了结构参数,如跨度、高跨比、索膜预张力密度比对研究结果的影响.分析得到如下结论:索偏短时,索长误差对初始几何形状、初始膜面应力、初始索力及初始支座反力的影响均成线性关系,也就是影响敏感度为1;索偏长相对较小时,结构各项初始误差仍与索长误差呈线性关系,而索偏长相对较大时,索长误差对结构初始形态的影响表现出了非线性.当结构取不同跨度、矢跨比和索膜预张力比时,仍具有上述规律.本文结论可以为进一步完善膜结构技术规程中的相关规定提供基础材料和依据.