索滑移分析的計(jì)算理論及其在索桿梁膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用研究.pdf

1、索桿梁膜結(jié)構(gòu)是一種依靠預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生剛度而成形的張力結(jié)構(gòu)體系。此類結(jié)構(gòu)的構(gòu)件布置靈活，建筑造型豐富，自問(wèn)世以來(lái)便以巧妙的構(gòu)思、新穎的造型以及良好的經(jīng)濟(jì)效益等優(yōu)點(diǎn)受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。索作為該體系中最為活躍的組成部分，它和其余構(gòu)件的連接方式也隨著結(jié)構(gòu)體系的不斷創(chuàng)新而有了很大發(fā)展，無(wú)論是在施工成形階段還是在使用過(guò)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(jié)構(gòu)體系中，索的滑移和索桿梁膜結(jié)構(gòu)的受力變形均是強(qiáng)非線性問(wèn)題。
　　本

2、文利用有限質(zhì)點(diǎn)法在結(jié)構(gòu)非線性分析中的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，在課題組已有研究成果的基礎(chǔ)上，將有限質(zhì)點(diǎn)法應(yīng)用于具有連續(xù)滑移索的索桿梁膜結(jié)構(gòu)分析中，通過(guò)理論推導(dǎo)提出了適用于有限質(zhì)點(diǎn)法分析的滑移索單元，并以之作為基本分析手段，對(duì)具有連續(xù)滑移索的索桿梁膜結(jié)構(gòu)的初始形態(tài)和應(yīng)用性能展開(kāi)研究。
　　有限質(zhì)點(diǎn)法是基于向量式固體力學(xué)提出的一種有別于傳統(tǒng)有限元的新型數(shù)值方法。文中簡(jiǎn)要闡述了該方法的基本原理，包括空間離散的點(diǎn)值描述、時(shí)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(duì)索桿單元、空間梁?jiǎn)卧湍卧膬?nèi)力求解過(guò)程進(jìn)行了推導(dǎo)，得到構(gòu)件單元對(duì)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的約束力。采用調(diào)整質(zhì)點(diǎn)受力和位移兩種方式對(duì)結(jié)構(gòu)的邊界條件和特殊的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)約束條件進(jìn)行處理。并通過(guò)數(shù)值算例驗(yàn)證算法的穩(wěn)定性，為索桿梁膜結(jié)構(gòu)的協(xié)同分析奠定基礎(chǔ)。
　　基于有限質(zhì)點(diǎn)法提出一種適用于連續(xù)索滑移過(guò)程分析及平衡態(tài)求解的數(shù)值方法。推導(dǎo)了滑移索單元的內(nèi)力求解公式，給出了滑移索單元對(duì)接觸點(diǎn)作用力的計(jì)算方法，分析了接觸點(diǎn)尺寸對(duì)滑移索單元內(nèi)

4、力求解的影響，根據(jù)是否考慮接觸點(diǎn)尺寸分別制定了接觸點(diǎn)和索單元接觸關(guān)系的判定準(zhǔn)則，并闡述了基于有限質(zhì)點(diǎn)法的索滑移分析流程。
　　根據(jù)接觸點(diǎn)構(gòu)造的不同建立兩種考慮摩擦的接觸點(diǎn)計(jì)算模型，并分別給出不同計(jì)算模型下的接觸點(diǎn)力傳遞系數(shù)求解方法。根據(jù)滑移索單元經(jīng)過(guò)接觸點(diǎn)的數(shù)量，分別推導(dǎo)滑移索單元僅和一個(gè)接觸點(diǎn)接觸以及和多個(gè)接觸點(diǎn)同時(shí)接觸時(shí)的內(nèi)力計(jì)算公式。結(jié)合結(jié)構(gòu)試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，?duì)考慮接觸點(diǎn)摩擦的連續(xù)索張拉進(jìn)行試驗(yàn)研究，探討接觸點(diǎn)摩擦對(duì)索張拉結(jié)果的影響

5、。
　　利用有限質(zhì)點(diǎn)法在結(jié)構(gòu)大變形分析中的優(yōu)勢(shì)，將其應(yīng)用于考慮連續(xù)索滑移的索桿梁膜張力結(jié)構(gòu)的初始形態(tài)分析上。根據(jù)索桿梁膜結(jié)構(gòu)各自的特點(diǎn)，將研究對(duì)象分成索桿梁、索膜和索桿梁膜三大類，分別給出切實(shí)可行的初始形態(tài)分析方法，并建立有限質(zhì)點(diǎn)法找形找力分析的基本流程。通過(guò)數(shù)值算例分析來(lái)驗(yàn)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(jié)歸納出連續(xù)索滑移對(duì)索桿梁膜張力結(jié)構(gòu)初始形態(tài)分析的影響。
　　采用本文推導(dǎo)的滑移索單元從靜力平衡和動(dòng)力過(guò)

6、程等方面對(duì)連續(xù)滑移索在索網(wǎng)結(jié)構(gòu)、索膜結(jié)構(gòu)以及索桿梁膜結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用及滑移索對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響進(jìn)行研究。連續(xù)滑移索能通過(guò)滑移來(lái)保證連續(xù)索各索段的內(nèi)力一致，有利于結(jié)構(gòu)在非均布荷載作用下內(nèi)力分布的均勻性。同時(shí)連續(xù)滑移索可以改變力的傳遞方向，引導(dǎo)力在結(jié)構(gòu)內(nèi)部的流動(dòng)，優(yōu)化力在結(jié)構(gòu)內(nèi)的分布。利用滑移索的這些優(yōu)點(diǎn)，探討連續(xù)滑移索在新型索桿梁膜結(jié)構(gòu)形式中的可行應(yīng)用。
　　基于上述理論分析，利用面向?qū)ο蟮某绦蜷_(kāi)發(fā)技術(shù)編寫可考慮連續(xù)索滑移的索桿梁膜協(xié)同分