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.     

索穹顶结构

本文首先分析了张力集成穹顶单元的几何形态，并基于此提出了索穹顶结构的几何及拓扑关系，介绍了几种穹顶结构的构成型式，归纳出了索穹顶结构的工作机理．     

索穹顶(Cable Dome)结构的特性及分析

本文首先论述了索穹顶结构的特性和工作机理，根据结构的特点，提出了考虑单元非常应变特性的非线性五结点曲线铰接单元，在单元曲线坐标系中建立了单元的有限元基本方程及单元的刚度矩阵。数值分析结果表明，本文提出的分析模型，理论是正确的，采用的计算方法是有效的，并具有很高的精度，可作为设计索穹顶结构的基础理论和方法，应用于索穹顶结构的形态分析和非线性分析。     

预应力索结构中的索单元数值模型

本总结了目前在索系结构分析中的索单元有限元种类及其优缺点,指出了悬链线单元在精确分析索自重影响时的优越性。在预应力索结构中迭代求原长时,采用Ｒｉｄｄｅｒｓ改进弦割法的迭代计算技术,收敛快速且稳定,不同的算例表明,悬链线单元模型无认在小垂度大垂度索结构的静力动力动力分析中都具有很高精度,而且计算工作量大大减少。     

索穹顶膜结构找形分析

索穹顶结构和覆盖膜结构均是由柔性材料组成,其成形及承载都依靠预应力来实现,故其设计首先需要进行找形分析。在对索穹顶膜结构的分离找形和整体找形进行对比研究的基础上,通过实例表明两种方法的计算结果差别很大,指出整体协同找形分析的必要性。     

肋环型索穹顶初始预应力分布的快速计算法

肋环型索穹顶是美国工程师Geigcr根据Fuller的张拉整体结构思想开发的一种新型预张力结构，并最早应用在汉城奥运会的体操馆和击剑馆。考虑到该结构是一种轴对称结构，本文提出了确定初始预应力分布的快速计算法．该法从平面径向桁架节点平衡关系入手，推导了不设和设有内拉环的肋环型索穹顶预应力杆内力一般性的计算公式。对特定参数的索穹顶结构还给出了内力计算用表。通过本文提供的分析方法、计算公式和内力计算用表，可方便快速地确定肋环型索穹顶结构的初始预应力分布，为该类结构的进一步设计和力学性能分析提供基础。     

索穹顶结构的前处理研究

前处理是进行索穹顶结构有限元分析的重要过程。本文首先分析了索穹顶结构的几何外形和拓扑关系，讨论了针对其拓扑特点利用指示矩阵法将索穹顶结构网络化及节点指示矩阵和单元指示矩阵的生成方法；最后详细叙述了索穹顶结构的节点编号、单元信息、节点坐标和边界约束、荷载信息等数据的生成方法     

索穹顶结构整体可行预应力概念及其应用

索穹顶结构是发展和推广Fuller张拉整体结构思想后,实现的一种新型大跨度空间结构.本文从索穹顶结构特有的杆件拓扑关系入手,提出了整体可行预应力,这一新概念,通过求解单位整体可行预应力,解决了多自应力模态下该体系稳定性判定问题;通过求解预应力水平系数,对索穹顶结构的预应力优化设计做了研究,文章对若干算例的计算分析,验证了这一概念的正确性和可应用性.     

刚性网格索穹顶结构组合形式及其协同工作非线性力学性能研究

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,该结构不仅充分发挥了索穹顶的力学性能,而且易于利用刚性网格铺设屋面板材,既具有结构优势又便于屋面安装。给出了肋环型、葵花型两种典型索穹顶与以四边形和三角形为基本构成单元刚性网格的3种组合形式。对刚性网格与索穹顶协同工作机理进行分析,将结构进行有限元离散和合理简化,建立了刚性网格索穹顶结构协同工作非线性静力分析的计算模型。以组合Ⅰ型为例,探讨了结构在满跨均布荷载和非对称荷载作用下内力和位移变化规律,以及初始预应力水平对结构力学性能的影响。计算结果表明:刚性网格的协同工作提高了结构整体刚度和承载力,减小了索穹顶对非对称荷载的敏感性;初始预应力水平对索穹顶内力影响显著,但对结构整体刚度影响非常不明显。     

刚性网格索穹顶结构组合形式及其协同工作非线性力学性能研究

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,该结构不仅充分发挥了索穹顶的力学性能,而且易于利用刚性网格铺设屋面板材,既具有结构优势又便于屋面安装.给出了肋环型、葵花型两种典型索穹顶与以四边形和三角形为基本构成单元刚性网格的3种组合形式.对刚性网格与索穹顶协同工作机理进行分析,将结构进行有限元离散和合理简化,建立了刚性网格索穹顶结构协同工作非线性静力分析的计算模型.以组合Ⅱ型为例,探讨了结构在满跨均布荷载和非对称荷载作用下内力和位移变化规律,以及初始预应力水平对结构力学性能的影响.计算结果表明：刚性网格的协同工作提高了结构整体刚度和承载力,减小了索穹顶对非对称荷载的敏感性;初始预应力水平对索穹顶内力影响显著,但对结构整体刚度影响非常不明显.     

鸟巢型索穹顶结构索杆退出工作后的受力性能分析

分析鸟巢型索穹顶结构在满跨和半跨荷载作用下部分索松弛以及单根索、杆破断后的受力性能。研究发现,脊索松弛对结构整体刚度的影响很大;而随着索、杆破断位置的不同,结构的受力性能有很大差异。     

索穹顶结构模型试验研究

本文在进行了几何非线性有限元分析计算的基础上,设计了索穹顶结构的试验模型,采用模型计算、模型测试的对比方案进行模型结构试验研究。内容包括受压杆件的稳定性设计、节点设计、钢索锚固、模型架设过程中钢索的张拉工艺及张拉顺序等。然后,分别在预张状态和加载状态下对模型的拉索张力、屋顶垂度进行了测试,并与计算结果作了对比分析。     

Levy体系索穹顶结构的静力性能分析

索穹顶结构是由索、杆及膜组成的新型预应力结构,应用在大跨度空间结构领域。利用大型有限元分析软件(Ansys),分析了结构参数(如环数、每环节点数、矢跨比等)的影响,对60m跨度Levy体系索穹顶结构的静力性能进行了研究。给出了一些合理的结构设计参数取值建议,为Levy体系索穹顶结构的设计以及工程实践提供参考。     

索网结构两种找形方法的比较与分析

由于现在的计算机硬件和程序的开发平台相对于过去有了很大的改进并放松了许多的限制 ,因此对于承受均布荷载的索网结构有必要采用更精确的有限单元模型对过去的简化两节点模型进行改进。采用五节点曲线单元模型建立索网结构的有限元模式 ,自编程序 ,对索网结构考虑其自重作用下的找形分析 ,并和原来的两节点不考虑自重作用的找形分析的结果作了比较和分析 ,结果证明自重对找形有一定的影响 ,表明五节点模式精度很高     

混合型索穹顶结构体系的静动力性能研究

针对Geiger型和Levy型索穹顶结构存在的不足,提出几种混合型索穹顶结构形式,并采用二次奇异值分解法计算结构的初始预应力分布,进而分析比较几种索穹顶结构的静动力性能。分析结果表明：混合I型既可解决Levy型索穹顶结构中心杆件密集,节点设计难度大的问题,又具备其良好的静动力特性;混合Ⅲ型和混合Ⅳ型索穹顶结构的静动力力学性能优于Geiger型索穹顶,同时也不失Geiger型索穹顶构造简单,施工方便的特点。     

张拉结构中连续索滑移问题的研究

考虑到张拉结构施工控制中索内力的变化,即索由只随自重到承受外荷载,由预应力为零到随很大的预应力,由悬索自垂到拉索绷紧,比较按离散索和连续索计算对张拉结构施工张拉的影响,以及探求一种广泛适用的连续索的计算模式和程序算法就显得非常必要。本基于悬链线单元对此问题进行了系统分析和深入研究,提出了一种新的考虑索段滑移的悬链线索单元程序算法,并编制了相应的面向对象的有限元程序。对算验的表明本方法是正确的。     

索穹顶结构的理论分析及应用

针对索穹顶结构的概念及力学特性,在形态分析和非线性分析的基础上对索穹顶结构进行了理论分析,重点论述了三种常用的找形方法。简要介绍了索穹顶结构在我国的应用现状,并对其发展前景做了展望。     

基于ANSYS的索穹顶施工过程逆向模拟分析

以实际工程为背景,采用非线性有限元法对索穹顶施工过程进行了逆向模拟分析,通过改变索长实现结构的整体提升,索长改变通过施加温度荷载实现。在ANSYS中建立了索穹顶的索杆梁有限元模型,主动索和辅助索为2节点索单元即link10单元,被动索采用多段的link10单元来模拟,撑杆为link8单元,内环梁为beam4单元。利用ANSYS中强大的APDL编程功能开发了索穹顶结构施工过程逆向模拟分析程序,为整体提升技术在大跨度索穹顶结构中的应用提供了有益的参考。     

考虑主缆弯曲刚度后对悬索桥的影响

通过完全无弯曲刚度的链条“主缆”模型与有一定弯曲刚度的铁丝“主缆”模型的对比试验,及针对试验情况所进行的有限元分析,初步研究了考虑悬索桥主缆弯曲刚度后的影响情况。试验结果以及数值模拟计算结果均表明,随着悬索桥跨度的增加,主缆垂跨比的减小,主缆实际存在的弯曲刚度对垂度的影响较大,如果再考虑索夹局部加强作用等的因素,则对一些悬索桥的受力和变形可能产生不利的影响,因此应该考虑主缆实际存在的弯曲刚度。