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.     

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。     

动力松弛法与力密度法在索网结构找形中的比较分析

本结合几个典型工程算例对改进动力松弛法和改进力密度法在计算时间、收敛精度、迭代策略等方面进行了较系统的比较分析，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，并可达到很高的精度，但两种方法均有各自的优缺点。     

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。     

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.     

改进力密度法在悬索结构找形中的应用

结合工程需要对普通力密度法进行了改进,给出了在给定控制条件下悬索结构的力密度找形迭代公式和迭代策略,形式简单明了。通过对若干典型工程算例的找形计算表明,改进的算法具有收敛精度高,计算能力强,适用范围广等优点,是一种很好的悬索结构成形算法。     

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。     

索网结构动力松弛法找形的研究应用

在动力松弛法中采用优化参数自动选择的方法，大大改善了计算的稳定性和收敛速度。编制动力松弛法的求解程序，并应用于索网结构的找形，同时与非线性有限元方法及理论解的找形结果进行比较，结果令人满意。     

张拉整体结构的力密度法找形分析

本文介绍了适用于带有索元的柔性空间结构找形的力密度法。对力密度法的基本公式修正后,将其用于张拉整体体系,并编制了相应的分析程序。对附加的约束条件,推导了扩展力密度法的基本公式。用本文编制的程序对三棱柱单元体、四棱柱单元体及四面体复合单元进行了算例分析,并对较复杂的四面体复合体的找形结果进行了试验研究。     

Nonlinear analysis of cable structures using the dynamic relaxation method

The analysis of cable structures is one of the most challenging problems for civil and mechanical engineers. Because they have highly nonlinear behavior, it is difficult to find solutions to these problems. Thus far, different assumptions and methods have been proposed to solve such structures. The dynamic relaxation method (DRM) is an explicit procedure for analyzing these types of structures. To utilize this scheme, investigators have suggested various stiffness matrices for a cable element. In this study, the efficiency and suitability of six well-known proposed matrices are assessed using the DRM. To achieve this goal, 16 numerical examples and two criteria, namely, the number of iterations and the analysis time, are employed. Based on a comprehensive comparison, the methods are ranked according to the two criteria. The numerical findings clearly reveal the best techniques. Moreover, a variety of benchmark problems are suggested by the authors for future studies of cable structures.     

索结构找形分析的精确单元方法

索找形问题是索结构分析中所要解决的首要问题,在给定边界条件下,所施加的预张力和外部荷载通过调节索的 形状来平衡。本文研究索结构初始形状确定的精确有限单元法,对于常见的荷载形式,构造了线性和非线性两大类共5种 单元,适用于一般的索结构找形计算,并且可以给出精确的解答。本文通过将水平方向和竖直方向的平衡方程解藕,得出 了索单元的精确描述格式,并保证了索结构形状的唯一性。文中以索结构内部结点坐标作为基本未知量,以结点平衡方程 为基本方程,通过直接求解单元的平衡微分方程得到单元刚度矩阵的解析表达式。对于由线性单元组成的索结构,其基本 方程为线性,可直接求解;对于含有非线性单元的索结构,其基本方程为非线性,需通过迭代求解,文中构造了相应的 Newton法迭代格式。本文方法所需单元数目少,计算量小,所得到的解答为数值精确解。数值算例表明本法稳定可靠。     

直接分析法在索结构设计中的应用

在阐述《钢结构设计标准》(GB 50017-2017)等规范中与空间网格结构设计相关的稳定性设计规定的基础上,以某跨度为155m的含预应力索的空间拱桁架结构为例,对直接分析法和有效长度法的设计结果进行了比较。结果显示,在按应力比1.1进行计算长度法设计之后,再采用直接分析法进行杆件的验算和截面微调,可以使结构既满足直接分析法稳定性要求,又可较应力比为1.0的计算长度法设计结果节省4.5%的用钢量。     

预应力索结构中的悬链线索单元法

总结了目前在索系结构分析中应用的索单元有限元模型的种类及其优缺点,指出了悬链线单元在精确分析索自重影响方面的优越性。在预应力索结构中迭代求原长时,采有Ridders改进弦割法的迭代计算技术,计算收敛快速且稳定。不同的算例表明,悬链线单元模型无论对小垂度还是大垂度索结构的静力和动力分析都具有很高精度,而且计算工作量大大减少。     

位移控制预应力影响矩阵在弦支穹顶找力分析中的研究与应用

弦支穹顶结构由上弦网壳、下弦拉索和撑杆组成,拉索预应力对结构内力和初始形态影响较大,合理确定预应力大小是弦支穹顶结构设计的关键。为此,根据线性叠加原理,将结构受力分解为外荷载作用与拉索预应力作用的线性叠加,提出了基于初应变和位移控制的预应力影响矩阵法。该方法通过依次计算单根环向拉索单位初应变下控制点位移值,形成位移控制预应力影响矩阵,计算竖向荷载下控制点位移值,建立相应的控制方程,求解控制方程得到各圈环向索对应的初始应变。弦支穹顶结构在所得初应变和外荷载下的索力就是在该荷载下的预应力值。结合某工程的深化设计,利用基于初应变和位移控制的预应力影响矩阵法对该工程实例进行了分析计算。结果表明,利用该方法计算出的初应变,可以保证竖向荷载下控制点的位移值小于2 mm,该计算方法物理意义较明确,计算较简便,准确度较高,可为类似工程的找力分析提供参考。     

考虑整体分析的索膜结构的找形

利用非线性有限元基本原理建立了钢-索-膜结构的有限元模型,推导出了考虑钢-索-膜整体分析的索膜结构的找形方法,并利用有限元软件ansys找形,对比说明了整体分析找形的必要性,并验证这种方法找形的可行性.     

位移补偿计算法在结构索力调整中的应用

预应力结构在使用过程中由于索松弛等原因导致结构处于误差状态,影响结构的正常使用。本文提出的位移补偿计算法可对结构的误差状态进行调整计算,对于结构存在力误差及几何误差两类误差状态,计算得到索张力调整控制值,实际施工中依照此值对索进行分批张拉即可完成结构索力的施工调整。分析结果表明,采用本计算方法,可使处于力误差状态的结构调整到设计状态,可使处于较小几何误差状态的结构调整后结构构件内力和节点位置满足施工精度要求。     

Prestressing design method for cable net structures

One of the most important aspects of the design of cable structures is the degree of pre-tensioning, since it affects load bearing capacity, deformability and costs. The prestress state can be attained through jacks or turnbuckles and in both cases may be regarded as the result of a set of imposed distortions. In the present paper a suitable combination of distortions representing the pre-tension level is optimized under stiffness requirements. A good compromise between the expected response to service loads and pre-tension forces (which for instance the cost of anchorages depends on) is aimed for.     

柱下独立基础整体滑移复位

襄汾某厂会议中心柱下独立基础由于施工事故造成基础移位,若将该柱及柱基全部折除,重新浇筑,会给施工单位造成较大损失,同时也会影响工期。针对此情况采用了顶推滑移技术使其复侠,介绍了独立柱基整体滑移的设计参数,施工工具,施工方法及后期工作,此法大大缩短了工期且经济效益非常显著。