索滑移分析的計算理論及其在索桿梁膜結構的應用研究.pdf

1、索桿梁膜結構是一種依靠預應力產生剛度而成形的張力結構體系。此類結構的構件布置靈活，建筑造型豐富，自問世以來便以巧妙的構思、新穎的造型以及良好的經濟效益等優(yōu)點受到國內外學者的廣泛關注。索作為該體系中最為活躍的組成部分，它和其余構件的連接方式也隨著結構體系的不斷創(chuàng)新而有了很大發(fā)展，無論是在施工成形階段還是在使用過程中均存在連續(xù)索可自由滑移的情況。連續(xù)索滑移的索桿梁膜結構體系中，索的滑移和索桿梁膜結構的受力變形均是強非線性問題。
　　本

2、文利用有限質點法在結構非線性分析中的獨特優(yōu)勢，在課題組已有研究成果的基礎上，將有限質點法應用于具有連續(xù)滑移索的索桿梁膜結構分析中，通過理論推導提出了適用于有限質點法分析的滑移索單元，并以之作為基本分析手段，對具有連續(xù)滑移索的索桿梁膜結構的初始形態(tài)和應用性能展開研究。
　　有限質點法是基于向量式固體力學提出的一種有別于傳統(tǒng)有限元的新型數值方法。文中簡要闡述了該方法的基本原理，包括空間離散的點值描述、時間離散的路徑單元描述、控制方程求

3、解、分析流程等概念。對索桿單元、空間梁單元和膜單元的內力求解過程進行了推導，得到構件單元對質點運動的約束力。采用調整質點受力和位移兩種方式對結構的邊界條件和特殊的質點運動約束條件進行處理。并通過數值算例驗證算法的穩(wěn)定性，為索桿梁膜結構的協(xié)同分析奠定基礎。
　　基于有限質點法提出一種適用于連續(xù)索滑移過程分析及平衡態(tài)求解的數值方法。推導了滑移索單元的內力求解公式，給出了滑移索單元對接觸點作用力的計算方法，分析了接觸點尺寸對滑移索單元內

4、力求解的影響，根據是否考慮接觸點尺寸分別制定了接觸點和索單元接觸關系的判定準則，并闡述了基于有限質點法的索滑移分析流程。
　　根據接觸點構造的不同建立兩種考慮摩擦的接觸點計算模型，并分別給出不同計算模型下的接觸點力傳遞系數求解方法。根據滑移索單元經過接觸點的數量，分別推導滑移索單元僅和一個接觸點接觸以及和多個接觸點同時接觸時的內力計算公式。結合結構試驗模型，對考慮接觸點摩擦的連續(xù)索張拉進行試驗研究，探討接觸點摩擦對索張拉結果的影響

5、。
　　利用有限質點法在結構大變形分析中的優(yōu)勢，將其應用于考慮連續(xù)索滑移的索桿梁膜張力結構的初始形態(tài)分析上。根據索桿梁膜結構各自的特點，將研究對象分成索桿梁、索膜和索桿梁膜三大類，分別給出切實可行的初始形態(tài)分析方法，并建立有限質點法找形找力分析的基本流程。通過數值算例分析來驗證考慮連續(xù)索滑移的初始形態(tài)分析方法的正確性，并總結歸納出連續(xù)索滑移對索桿梁膜張力結構初始形態(tài)分析的影響。
　　采用本文推導的滑移索單元從靜力平衡和動力過

6、程等方面對連續(xù)滑移索在索網結構、索膜結構以及索桿梁膜結構中的應用及滑移索對結構性能的影響進行研究。連續(xù)滑移索能通過滑移來保證連續(xù)索各索段的內力一致，有利于結構在非均布荷載作用下內力分布的均勻性。同時連續(xù)滑移索可以改變力的傳遞方向，引導力在結構內部的流動，優(yōu)化力在結構內的分布。利用滑移索的這些優(yōu)點，探討連續(xù)滑移索在新型索桿梁膜結構形式中的可行應用。
　　基于上述理論分析，利用面向對象的程序開發(fā)技術編寫可考慮連續(xù)索滑移的索桿梁膜協(xié)同分