本文選題：橋梁 + 張拉整體結(jié)構(gòu)　； 參考：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：張拉整體結(jié)構(gòu)是由連續(xù)的受拉索與不連續(xù)的受壓桿結(jié)合組成的一種特殊的空間結(jié)構(gòu)。其穩(wěn)定性是由受拉索與受壓桿內(nèi)部預(yù)應(yīng)力提供。張拉整體結(jié)構(gòu)由于設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)材料性能的充分利用而體量較輕、連續(xù)拉間斷壓的特征而造型優(yōu)美、因此得到廣泛研究與應(yīng)用。一個(gè)完整的張拉整體結(jié)構(gòu)研究包括找形分析、預(yù)應(yīng)力的施加以及結(jié)構(gòu)分析,鑒于目前鮮有對(duì)張拉整體結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)性的研究,本文從找形、切線剛度計(jì)算、穩(wěn)定性研究以及結(jié)構(gòu)分析等方面對(duì)張拉整體結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵問題進(jìn)行分析,并以此為基礎(chǔ),對(duì)應(yīng)用于人行橋梁時(shí)的具體問題做詳細(xì)研究。首先,回顧了張拉整體結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷史,對(duì)已有找形方法進(jìn)行匯總。針對(duì)一種特殊結(jié)構(gòu):棱柱式張拉整體結(jié)構(gòu),提出一種僅考慮節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)以及桿件類型的以平衡方程殘差最小為優(yōu)化目標(biāo)的最優(yōu)化找形方法,并實(shí)現(xiàn)找形方法程序化,求解得二維張拉整體結(jié)構(gòu)、三棱柱、四棱柱及五棱柱滿足自應(yīng)力、自平衡的力密度值。然后,理論推導(dǎo)了張拉整體結(jié)構(gòu)的切線剛度矩陣的表達(dá)式,結(jié)合二維張拉整體結(jié)構(gòu)的切線剛度分析,討論結(jié)構(gòu)材料和預(yù)應(yīng)力水平對(duì)切線剛度的影響。以三棱柱為例,分析棱柱式張拉整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性概念,采用兩種方法判斷結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,以二維結(jié)構(gòu)為例討論其是否滿足穩(wěn)定要求。之后,對(duì)該結(jié)構(gòu)在外荷載作用下的結(jié)構(gòu)分析問題進(jìn)行了討論:選擇利用Pellegrino提出的向量空間方法和有限元方法對(duì)照進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。考察二維張拉整體結(jié)構(gòu)、三棱柱的結(jié)構(gòu)響應(yīng)。最后,詳細(xì)介紹了一種特殊形式的張拉整體結(jié)構(gòu)人行橋梁,建立組成該橋梁的基本模塊的模型以及全橋模型,經(jīng)過編程設(shè)計(jì)采用向量空間方法計(jì)算單個(gè)基本模塊的剛度矩陣,并集裝為全橋剛度矩陣,采用穩(wěn)定性條件判定結(jié)構(gòu)穩(wěn)定;對(duì)橋梁在均布荷載下的響應(yīng)進(jìn)行分析;通過計(jì)算不同均布荷載下的結(jié)構(gòu)受拉構(gòu)件的最大應(yīng)力考察結(jié)構(gòu)的本構(gòu)關(guān)系;繪出結(jié)構(gòu)四種典型構(gòu)件的影響線,考察活載作用下的結(jié)構(gòu)反應(yīng),為張拉整體結(jié)構(gòu)人行橋梁的分析提供了參考。
[Abstract]:Tensioned integral structure is a special spatial structure composed of continuous cable and discontinuous compression bar. Its stability is provided by the internal prestressing of cable and compression bar. The tensioning integral structure has been widely studied and applied because of its light volume and continuous tension and intermittent compression due to the full use of the material properties in the design. A complete study of tensioning structure includes form-finding analysis, prestress application and structural analysis. In view of the lack of systematic research on tensioning integral structure, this paper calculates the shape finding and tangent stiffness. On the basis of the analysis of stability and structural analysis, the key problems of tensioned whole structure are analyzed, and the specific problems applied to pedestrian bridges are studied in detail. Firstly, the history of tensioning structure is reviewed, and the existing form-finding methods are summarized. In view of a special structure: prism tensioning structure, an optimal shape finding method with the minimum residual error of equilibrium equation as the optimization objective is proposed, which only considers the node coordinates and the member type, and realizes the programming of the shape finding method. The force density of the two dimensional tensioning structure, three prisms, four prisms and five prisms satisfying the self stress and self equilibrium is obtained. Then, the expression of tangent stiffness matrix of tensioning whole structure is deduced theoretically, and the influence of structural material and prestress level on tangent stiffness is discussed in combination with tangent stiffness analysis of two-dimensional tensioning integral structure. Taking the triangular prism as an example, the concept of stability of the prism tensioning whole structure is analyzed. Two methods are used to judge the stability of the structure, and the two dimensional structure is taken as an example to discuss whether it meets the stability requirements. Then, the structural analysis of the structure under external load is discussed. The vector space method proposed by Pellegrino and the finite element method are used to analyze the structure. The structural response of the triangulated prism and the whole structure of the two-dimensional tensioning are investigated. Finally, the paper introduces a special type of tensegrity pedestrian bridge in detail, establishes the model of the basic module and the model of the whole bridge, and calculates the stiffness matrix of the single basic module by using vector space method through programming. The whole bridge stiffness matrix is assembled, the stability condition is adopted to determine the stability of the structure, the response of the bridge under uniform load is analyzed, and the constitutive relation of the structure under the maximum stress of the tensile members under different uniform loads is calculated. The influence lines of four typical structural members are drawn and the structural responses under the action of live load are investigated, which provides a reference for the analysis of tensegrity structure pedestrian bridges.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：U441

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本文編號(hào)：2011067