發(fā)布時(shí)間：2019-08-02 15:08

【摘要】：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,自問世以來便以巧妙的構(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(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)非線性問題。本文利用有限質(zhì)點(diǎn)法在結(jié)構(gòu)非線性分析中的獨(dú)特優(yōu)勢,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、控制方程求解、分析流程等概念。對索桿單元、空間梁單元和膜單元的內(nèi)力求解過程進(jìn)行了推導(dǎo),得到構(gòu)件單元對質(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接觸點(diǎn)作用力的計(jì)算方法,分析了接觸點(diǎn)尺寸對滑移索單元內(nèi)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?對考慮接觸點(diǎn)摩擦的連續(xù)索張拉進(jìn)行試驗(yàn)研究,探討接觸點(diǎn)摩擦對索張拉結(jié)果的影響。利用有限質(zhì)點(diǎn)法在結(jié)構(gòu)大變形分析中的優(yōu)勢,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。通過數(shù)值算例分析來驗(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)力過程等方面對連續(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)用及滑移索對結(jié)構(gòu)性能的影響進(jìn)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(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_發(fā)技術(shù)編寫可考慮連續(xù)索滑移的索桿梁膜協(xié)同分析程序。該程序集前后處理和分析計(jì)算模塊于一體,可方便的顯示結(jié)構(gòu)變形過程和分析結(jié)果,為本文的算例分析提供幫助。通過理論推導(dǎo)、數(shù)值計(jì)算、試驗(yàn)分析以及程序編制,驗(yàn)證了索滑移分析的有限質(zhì)點(diǎn)法計(jì)算理論的可行性和合理性,進(jìn)一步完善了有限質(zhì)點(diǎn)法的理論體系,也給連續(xù)索的滑移分析以及索桿梁膜結(jié)構(gòu)的協(xié)同分析提供了一種新的思路和求解方法,對連續(xù)滑移索在實(shí)際工程中的應(yīng)用和推廣具有一定的指導(dǎo)意義。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TU399

【參考文獻(xiàn)】

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1 郭彥林,崔曉強(qiáng);滑動(dòng)索系結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一分析方法——冷凍-升溫法[J];工程力學(xué);2003年04期

2 魏建東;;滑動(dòng)索系結(jié)構(gòu)分析中的摩擦滑移索單元[J];工程力學(xué);2006年09期

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4 徐其功,李澄,韓大建;張拉膜結(jié)構(gòu)力密度法找形分析及若干問題[J];華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2003年05期

5 唐建民,沈祖炎;懸索結(jié)構(gòu)非線性分析的滑移索單元法[J];計(jì)算力學(xué)學(xué)報(bào);1999年02期

6 毛國棟,孫炳楠;索膜結(jié)構(gòu)初始形狀確定的綜合設(shè)計(jì)法[J];建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào);2004年04期

7 董石麟,袁行飛;葵花型索穹頂初始預(yù)應(yīng)力分布的簡捷計(jì)算法[J];建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào);2004年06期

8 喻瑩;羅堯治;;基于有限質(zhì)點(diǎn)法的結(jié)構(gòu)倒塌破壞研究Ⅰ:基本方法[J];建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào);2011年11期

9 喻瑩;羅堯治;;基于有限質(zhì)點(diǎn)法的結(jié)構(gòu)倒塌破壞研究Ⅱ:關(guān)鍵問題與數(shù)值算例[J];建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào);2011年11期

10 陳曉光,羅堯治;張拉整體單元找形問題研究[J];空間結(jié)構(gòu);2003年01期

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3 向新岸;張拉索膜結(jié)構(gòu)的理論研究及其在上海世博軸中的應(yīng)用[D];浙江大學(xué);2010年

4 楊超;薄膜結(jié)構(gòu)的有限質(zhì)點(diǎn)法計(jì)算理論與應(yīng)用研究[D];浙江大學(xué);2015年

5 鄭延豐;結(jié)構(gòu)精細(xì)化分析的有限質(zhì)點(diǎn)法計(jì)算理論研究[D];浙江大學(xué);2015年

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本文編號：2522194