自适应索杆张力结构内力和形状同步调控研究

为解决自适应索杆张力结构的形态控制问题,以节点位移和单元内力的同步调控为目标,考虑了结构的几何非线性,建立了增量形式的主动单元长度调控量的求解方程,通过对该方程系数矩阵的分析,给出了判断结构是否精确可控的条件.引入迭代算法,建立了调控流程,在每步调控后均进行结构响应的更新计算,建立了误差反馈机制,使结果精确可靠.通过算例分析,讨论了算法的有效性.算例的结果表明:内力控制相较形状控制更易实现,均布荷载下的调控效果及求解效率相较非均布荷载更佳,提出的算法能简单判断自适应索杆张力结构的可控性.     

弦支穹顶结构形态分析与施工控制

为了解决多索预应力结构在找力与找形分析中需多次迭代而导致效率低下的问题,进一步改进该类结构的分析方法,采用理论推导与数值计算相结合的方法,对弦支穹顶结构找力分析过程中的迭代格式进行改进,提出改进的找力分析方法.并以此为基础更新找力加找形分析方法,给出完整的计算流程,得到弦支穹顶结构的零状态几何、拉索下料长度以及与之相对应的初始应变.基于ANSYS软件中的APDL语言编制计算模块,通过两个算例,验证本文计算方法的正确性与精确性.本文方法亦可用于预应力结构施工全过程的模拟计算.     

考虑预应力作用的索杆张力结构冗余度分析

在考虑预应力作用的前提下,给出了由弹性冗余度和几何冗余度组成的索杆张力结构体系的冗余度定义;基于能量理论提出了统一的冗余度计算方法,其中采用更新的拉格朗日格式建立了一个关于位移增量的非线性应变能表达式;在求解过程中对应变能表达式进行线性化处理,并根据势能驻值原理推导了冗余度计算公式,以用于施加预应力后的索杆张力结构体系分析.结果表明,与以往的冗余度计算方法相比,所提出的方法给出了显式几何冗余度计算公式,阐明了弹性冗余度和几何冗余度的物理意义,可用于预张力作用的索杆张力结构体系分析.     

变长度单元自适应索杆张力结构响应灵敏度分析

为研究主动单元长度变化对自适应索杆张力结构性能的影响,以主动单元伸长量为变量,基于非线性有限元法,通过复合函数求导,推导了自适应索杆张力结构的节点位移、单元内力以及应变能灵敏度计算公式.通过对索穹顶结构和张拉整体结构两类索杆张力结构的灵敏度分析,对比了主动索单元和主动杆单元的长度变化对结构内力、形状和应变能的影响程度,提出了满足不同自适应目标时两类结构中主动单元的选择准则.算例表明:所提出公式的计算结果与有限差分法结果一致,验证了所提理论公式的正确性.     

张弦梁结构形态分析方法的改进

作为一种半刚性大跨空间结构,张弦梁结构的找形分析非常重要.改进的逆迭代法是找形分析中的一种比较有效的方法,通过引入初应变,能够在不破坏结构完整性的前提下,得到张弦梁结构的零状态几何和初状态预应力分布.但改进的逆迭代法在迭代过程中,由于找形和找力分开进行,影响了迭代效率.为此,基于改进的逆迭代法存在的问题,对其迭代过程进行了修正.通过在每次迭代中,将节点几何坐标和单元内力的精度要求同时作为收敛判据,并调整节点坐标和单元初应变,即使得体系的找形和找力过程同时进行;在迭代过程中分别引入节点坐标调整系数和初应变调整系数,并深入研究了这两个调整系数的不同取值对收敛速度的影响.算例结果表明:修正后的改进逆迭代法可显著减少迭代次数,提高了计算效率;研究发现两个调整系数对收敛速度有一定的影响,其中初应变调整系数的影响较节点坐标调整系数的影响大.在分析中选择合适的调整系数,可使找形分析的收敛速度更快.     

基于悬链线元的索穹顶形状精确确定方法

针对目前索穹顶结构研究中其形状确定方面所存在的不足,提出了基于悬链线元逆迭代的精确修正技术,可以精确求得预张力;使其能在考虑索杆自重的情况下,在给定的初始几何位置上严格平衡.由于刚度矩阵形成和已知索的预张力情况求解索原长是运用悬链线元进行结构分析时需要解决的两个先决问题,首先根据目前文献中处理这两个问题的不足,提出了具有大范围收敛性的刚度迭代技术和不需迭代的索原长高精度求解方法;在此基础上引进逆迭代方法,建立了基于悬链线元的逆迭代形状精确确定方法.最后编制程序对算例进行验证,结果表明这一方法精度极高,且收敛速度快,收敛性好.     

Kiewitt型索穹顶结构的找力分析方法研究

以具有多个整体自应力模态的Kiewitt型索穹顶结构为研究对象,对单整体自应力模态索穹顶结构找力分析的比值更新法进行改进,提出了适用于Kiewitt型索穹顶结构的找力分析新方法,并以算例进行了验证.通过指定关键组件,分别对其施加预应力进行迭代计算,应用基于最小二乘的模态误差分析方法,将计算结果与奇异值分解法所得结果进行对比,发现:改进的比值更新法精度高,相比奇异值分解法,其得出的结果均为整体可行的自应力模态,即索受拉、杆受压,力学意义明确,为该结构的预应力确定提供了新的思路和解决方法.     

新型环箍穹顶全张力结构局部断索抗连续倒塌性能分析

为了探究一种由周边环形张拉整体和中部索穹顶组成的新型环箍穹顶全张力结构局部断索的抗连续倒塌性能,在分析其静力及动力特性的基础上,利用自编向量式有限元程序建立了环箍穹顶索杆张力结构的数值模型.考虑结构初始状态,采用等效荷载卸载法分析得到了该结构不同类型拉索破断后剩余结构的动力响应,包括结构位形、节点位移及构件内力等.分析结果表明,利用向量式有限元法能够有效地进行结构局部断索后的动力响应分析;张拉整体单元的拉索破断主要影响所在单元附近的拉索,不会形成连续倒塌;索穹顶内部的拉索破断对周边张拉整体结构影响较小,新型环箍穹顶索杆张力结构具有较好的抗连续倒塌性能.     

改进力密度法在悬索桥主缆找形中的应用

针对悬索桥成桥和空缆两种状态的主缆找形问题,提出了改进力密度法.该方法结合无应力长度的概念,假设初始缆形为直线段.通过力密度法建立结构平衡方程求解节点坐标,反复迭代,求出控制条件下的目标缆形.以新建成的徐州京杭大运河地锚式悬索桥为依托,利用Matlab编程求解主缆缆形,并将数值计算结果与坐标实测值进行比较,结果表明该方...     

深弹性支点法中m 值迭代计算方法

在常规弹性支点法的基础上,提出迭代计算m值的改进方法,并结合南京某地铁站深基坑工程,将2种计算方法与实测数据进行对比分析。结果表明:改进后的弹性支点法能够一定程度上模拟基坑支护结构变形过程中坑内土体和支护结构之间相互作用的变化,更接近实际情况;m值的迭代变化对基坑变形有较好的预测,在以变形为控制的计算理论中具有积极的意义。