索桿張力結構的非線性有限元分析.pdf

1、索桿張力結構由于造型新穎豐富、構思巧妙、性能優(yōu)良而越來越受到人們的青睞，被廣泛的應用于各類建筑中，顯示出巨大的生命力和廣闊的應用前景。目前，國內(nèi)外對索桿張力結構的研究在理論和實踐上均取得了一定的成果。至今在工程中實現(xiàn)的索桿張力結構主要是索穹頂結構。這種結構一般作為建筑的屋蓋部分，通常由索、壓桿、中心受拉環(huán)和外圍受壓環(huán)等構件組成。我國在這方面的研究最近十幾年才開始，并且取得了一些階段性成果，但是從總體上講，理論上有待進一步地深入。

2、 本文首先描述了索桿張力結構的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀，并簡要說明了其主要結構形式——索穹頂結構的特點。在廣泛閱讀相關文獻的基礎上，本文介紹了目前主要的索單元模型，并比較了已有單元模型的優(yōu)缺點。文獻[23]和文獻[24]提出了一種精度較高且計算工作量較小的四節(jié)點等參索單元理論，并成功運用于單索結構和索網(wǎng)結構的研究分析中。本文在此基礎上提出了將四節(jié)點等參索單元與兩節(jié)點直線桿單元相結合的有限元模型，即采用四節(jié)點等參索單元模型模擬拉索而用二節(jié)點直線桿單

3、元模擬受壓桿，其目的是把四節(jié)點等參索單元理論推廣到索桿張力結構的研究分析中。 作為柔性的空間張拉結構，索桿張力結構只有在施加了預應力之后才具有剛度，因此研究這種結構形式的首要工作就是由給定的幾何關系尋求合理的幾何結構及預應力分布，即找形分析。索桿張力結構的第二類找形結果和自應力模態(tài)求得的結果基本吻合，特別是當所給的預應力值比較小的時候，所得結果完全相等。荷載分析是找形分析的后續(xù)步驟，通過荷載分析，可以檢驗找形后的結構在外荷載作用

4、下是否安全，其任務就是求該結構在外力作用下的位移與內(nèi)力。本文考察了索桿張力結構在不同靜力荷載作用下的應力分布和位移變化規(guī)律，證明了索桿張力結構的代表形式索穹頂結構的力傳遞途徑是由脊索從內(nèi)向外一跨一跨地輻射式傳遞，越是靠近外環(huán)其單元的內(nèi)力越大。結構的動力特性主要用結構的自振頻率來描述，文章的最后對單索結構和索穹頂結構的自振頻率進行了計算，發(fā)現(xiàn)其基頻較小且高階頻率密集。以上研究工作都是基于四節(jié)點等參索單元理論，采用Fortran95標準語言