索膜結構體系受力性能的非線性有限元分析.pdf

1、膜結構是近幾十年來出現(xiàn)的一種應用較為廣泛的新型空間結構形式，它由膜材、索和支撐體系共同構成。膜結構以其獨特的造型、富有張力的表現(xiàn)形式，以輕盈、美觀、施工速度快、可實現(xiàn)較大的跨度而為世界各地的建筑師們所青睞。然而，作為一種新型的結構形式，膜結構的設計理念和分析方法與傳統(tǒng)的結構存在有較大的差異。 膜結構的設計分析一般可分為三個過程：找形分析、荷載分析和裁剪分析。其中荷載分析不僅檢驗找形階段的膜面找形結果和預應力分布的合理性，而且為后

2、繼的裁剪分析提高了可靠的保障，是設計過程的一個關鍵環(huán)節(jié)。荷載分析有三種方法：非線性有限元法、動力松弛法和力密度法。本文采用非線性有限元法，對點支承和剛性支承組合式、剛性骨架式及剛性邊界封閉式這三種形式的膜結構進行了結構性能的研究和力學性能的計算分析。 本文提出了以有限元為基礎的考慮膜支承體系的整體結構協(xié)同作用的荷載分析法。根據(jù)虛位移原理，對索膜體系中的索、桿、膜、梁單元的力學模式進行了推導，針對索膜結構明顯幾何非線性的特點，特別

3、考慮了整體協(xié)同作用下梁單元的非線性。然后合成總剛得出膜結構整體分析的有限元方程，再利用Newton-Raphson法進行迭代求解得到方程的迭代式，從而在理論上實現(xiàn)了對結構的整體分析。 本文根據(jù)提出的荷載分析法，檢驗了先期找形所得結果中結構“形”與“態(tài)”的結合情況。通過對這3種形式膜結構的幾何構成分析及結構形式的研究，探討了膜結構這種新型空間結構的概念設計，突出體現(xiàn)了建筑和結構相結合的設計理念。 本文以離散理論為基礎，以A

4、NSYS程序為實現(xiàn)手段，對3種膜結構分別進行了計算分析，按照極限狀態(tài)理論計算了包括風、雪荷載在內(nèi)的5種荷載組合下結構的應力、內(nèi)力和變形，并結合各種結構自身的結構特點，探求了結構各自的受力和變形特征，根據(jù)計算分析的結果對相應形式的工程進行總結，給出其典型的受力特點及設計中應注意的問題,為今后的設計和施工提供相應的經(jīng)驗積累。 本文探索了膜結構整體分析在ANSYS程序中的非線性計算的實現(xiàn)方法，給出了程序分析時的技巧，解決了程序計算難的