索穹顶结构非线性分析的曲线索单元有限元法

针对目前在国内外引起广泛关注的大跨度索穹顶结构建议的了一种五节点曲线索单元有限元法，利用四次多项式作为位移插值函数，由应变的定义建立了可以考虑任意高阶位移影响的非线性应几何关系，从非线性弹性理论出发并基于Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ坐标推导了胡限元基本方程，进行了实例计算。     

索穹顶结构索杆破断的敏感性分析

提出了基于应变能的索穹顶结构索杆破断敏感性分析方法及其指标,给出了敏感性系数的定义,即索杆破断后振动过程中结构总应变能变化幅值与索杆破断前平衡态结构总应变能的比值.以此系数作为评价结构对索杆破断敏感性的整体指标,将其应用于Levy型索穹顶结构索杆破断的敏感性分析,并与其他方法及指标进行了对比.结果表明:Levy型索穹顶对环索和中心撑杆的破断最为敏感,其中最外圈环索破断对应的敏感性系数最大,因此应着重提高环索和中心撑杆的安全储备;文中提出的评价指标对柔性索穹顶结构较为适用,能够从宏观上表征结构对索杆破断的敏感程度.     

索穹顶结构多目标形状优化设计

为了得到指定结构跨度下的索穹顶结构形状最优设计方案,对设内拉环的Geiger型索穹顶进行单目标和多目标形状优化设计.以最小单位面积用钢量和最大结构刚度为目标函数,得到满足约束条件的整体预应力系数、拉索和压杆截面面积及结构形状参数的最优值.通过基于遗传算法的单目标形状优化设计以最小单位面积用钢量为目标的可行形状优化设计方案;多目标形状优化设计采用改进的带精英策略的快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ),可得到同时考虑结构用钢量和刚度的Pareto最优解.决策者可根据不同控制目标的偏好要求,选择设计方案.     

柔性结构非线性分析的杆单元有限元法

本文根据非线性弹性理论，采用拉格朗日坐标描述法，在三维整体坐标系下，直接根据应变的定义建立了精确应变的非线性几何关系．从而可以考虑任意次高阶位移的影响，得到了轴向应力应变的直接关系，根据虚功原理推导了杆单元非线性有限元增量方程及切线刚度矩阵，利用Ｎｅｗｔｏｎ－Ｒａｐｈｓｏｎ法进行了实例计算．结果表明本法精度很高，适合于柔性结构分析、设计时采用．     

大跨度索穹顶结构风振响应的频域分析

建立了考虑和不考虑上覆膜影响的两个有限元分析模型,针对一工程实例,进行了结构的模态分析以及风振响应的频域分析,得到了结构的脉动风振位移响应根方差.结果表明:参振模态的适宜取值随跨度的增大而增大;对于跨度100m以上的类似索穹顶结构,建议所选的参振模态数不小于450;CSM体系索、立杆节点的动位移根方差小于CS体系;CSM体系中膜面的耗能作用不可忽略;在风荷载作用下,CSM体系的脉动风能大部分由膜面耗散;对于跨度较大的索穹顶结构,顶部索膜结构对整体结构的风振响应有明显的影响.     

混合型索穹顶结构参数化构形研究

提出一种具有普适性的索穹顶参数化构形方法．通过分析混合型索穹顶的几何拓扑对结构动力特性的影响,指出混合型索穹顶的设计应遵循“加强短板”的原则,构形参数C中的元素2应尽量布置在靠后位置,并据此对结构的拓扑进行优化．对跨度为71.2 m的实际工程进行了案例模拟分析,结果显示：设计的混合型索穹顶结构在1 kN/m²的均布荷载作用下,最大节点位移小于结构跨度的1/250,结构的前15阶自振频率明显大于对应的Geiger型索穹顶．研究表明：所提出的索穹顶参数化构形方法能够有效得到可行的索穹顶结构,所提出的混合型索穹顶结构具有较好的经济性和良好的力学性能,能够应用在工程实际中．     

考虑索穹顶结构构形变化的空气动力失稳分析

对于具有高柔、大跨、轻质等特点的索穹顶结构来说，风力是主要的荷载。由于结构与风力的气动耦合作用，结构易产生一种失稳式振动，即 驰振。据此采用了用体型系数表达的、考虑风荷载竖向分力的气动力模型；针对索穹顶结构强几何非线性的特点和弛振分析气动力准确定常的基本假设，提出了用迭代思想求解结构驰振临界风速的方法；并与用数值积分方法和Newton-Raphson方法相结合的时程分析法的结果进行比较。     

索穹顶结构的发展及常见形式研究

索穹顶结构是体育建筑中普遍采用的一种结构,笔者基于多年的工作经验,在参考大量国内外相关文献的基础上,分析了空间张力结构体系的基本概念和发展现状,并以此为基础,分析了最具代表性的索穹顶的发展现状和常见结构形式,全文体现的是笔者对索穹顶结构形式的理解,相信对从事相关工作的同行有着一定的参考价值和借鉴意义。     

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.     

Geiger型索穹顶的静力性能分析

针对Geiger型索穹顶的静力性能,采用ANSYS软件,根据试验过程,建立了索穹顶有限元模型,并对其进行验证.利用该建模方法,建立了直径为100m的大跨度模型,对其加载进行全过程力学分析.改变索穹顶结构的主要参数(初始预应力、高度、横截面积等),探讨了不同参数对静力性能的影响.研究表明:索穹顶由于预应力损失,结构存在一个失效荷载.当结构参数发生改变时,对应的失效荷载与挠度也随着有相应的变化.     

有限元法在混凝土结构非线性分析中的应用研究

本文主要介绍了非线性有限元分析方法在钢筋混凝土中的应用,并从非线性分析的必要性谈起,介绍了钢筋混凝土结构非线性有限元分析的特点与现状及钢筋混凝土非线性有限元基本理论,并重点介绍了钢筋混凝土结构非线性有限元分析的计算方法,最后介绍了钢筋混凝土结构有限元分析的发展趋势。     

Geiger型索穹顶的优化设计

基于平衡矩阵理论,采用MATLAB软件,对索穹顶进行自应力模态分析,得到索穹顶的初始预应力.采用Hooke-jeeves,Pointer与NSGA II等优化算法,利用ISIGHT集成ANSYS有限元软件,对索穹顶的整体预应力水平与总重量进行优化设计.优化结果表明,索穹顶的整体预应力水平与总重量在满足设计的条件下,得到较为明显的降低,多目标函数优化结果比单目标函数优化结果更好,可为工程设计提供参考依据.     

圆形平面轴对称索穹顶结构成形后的刚度计算

根据文献１滑移索单元迭代计算的基本思想,针对脊索呈辐射状分布的轴对称索穹顶结构,提出了成形后的刚度计算方法。利用Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ坐标描述法建立了受压桅杆及拉索的大位移切线刚度矩阵,基于虚功原理建立了索穹顶结构的非线性静力平衡方程,给出了滑移索单元计算的基本公式、方法和步骤,并进行了实例计算。结果表明,方法是可行的,可供设计和施工时参考。     

蚁群算法在自适应索穹顶结构内力控制中的应用

为调控索穹顶结构形状、提高刚度、减少内力,在索穹顶结构中装入了能够改变构件长度的作动器.以结点位移、容许应力、作动杆作动范围为约束条件建立内力优化模型,目标是使结构工作状态系数f最小.利用蚁群随机搜索算法求出该优化模型的最优解.最后以一平面索穹顶结构为算例进行计算,验证了本算法的可行性及控制效果.此算例根据作动器安装位置的不同,分11种工况分别讨论控制效果.结果表明,蚁群随机搜索算法易于收敛,可以得出较好解;各工况的内力均不同程度地实现了优化,其中在内圈斜索设作动器的工况下,内力的优化效果最好;索穹顶结构通过杆件长度的调整,可达到形状调整、受力最优的目的.     

索穹顶的新形式及力学计算

索穹顶结构是张拉整体思想下产生的新的结构形式,目前应用较多的主要只有Levy型和Geiger型两种形式,但是索穹顶的形式是具有多变性的,本文首先介绍四种新形式索穹顶来说明索穹顶在平面立面上的形式变化,并通过ANSYS软件对四种新形式索穹顶进行初始预应力计算和模态确定,最后说明四种新形式的索穹顶的可行性。     

简析非线性有限元法

采用有限元法分析一般荷载作用下的钢筋混凝土结构时,要得到对结构性能的合理准确的模拟结果,除了需要合理的本构模型,还要有先进的数值分析方法。文中将对非线性有限元的特点做出分析,为进一步研究提供参考。     

有限元法在钢筋混凝土结构非线性处理中的应用

通过对混凝土材料本构关系模型的介绍,阐述了有限元建模的方法。利用有限元软件ANSYS对钢筋混凝土简支梁承栽力的有限元分析过程模拟计算,并将计算结果与试验值相比较,利用非线性分析能够获得较好的结果。     

索-桁架结构体系抗震性能非线性有限元分析

基于索-桁架结构体系的特点和地震的性质,给出了接触网硬横跨体系抗震性能的分析方法。利用通用有限元程序ANSYS建立了某硬横跨体系的有限元模型,在水平、竖向及纵向地震作用下对其进行了动力时程分析,得出了节点应力、位移响应及其规律。分析表明,水平与竖向地震作用不明显,而纵向地震作用较大,设计时不可忽略。其研究成果可为该类结构的设计与验算提供参考。     

索结构几何非线性分析的悬链线索单元法

基于索的基本假定和悬链线平衡方程,通过对沿索曲线均布荷载作用下的索段分析,得到了索端力和索的几何线形之间的对应关系;进一步通过索单元的柔性迭代分析,获得了内力改变和位移增量之间的关系,进而得到索单元的刚度矩阵和节点力,从而建立起了空间悬链线索单元的几何非线性有限元分析方法.经典算例结果证明了空间悬链线索单元的正确性,同时具有较高的精度,可为大跨度悬索桥、斜拉桥以及张拉结构等几何非线性较强的结构精确分析提供强有力的计算工具.