索桿張力結(jié)構(gòu)的非線(xiàn)性有限元分析.pdf

1、索桿張力結(jié)構(gòu)由于造型新穎豐富、構(gòu)思巧妙、性能優(yōu)良而越來(lái)越受到人們的青睞，被廣泛的應(yīng)用于各類(lèi)建筑中，顯示出巨大的生命力和廣闊的應(yīng)用前景。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)索桿張力結(jié)構(gòu)的研究在理論和實(shí)踐上均取得了一定的成果。至今在工程中實(shí)現(xiàn)的索桿張力結(jié)構(gòu)主要是索穹頂結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)一般作為建筑的屋蓋部分，通常由索、壓桿、中心受拉環(huán)和外圍受壓環(huán)等構(gòu)件組成。我國(guó)在這方面的研究最近十幾年才開(kāi)始，并且取得了一些階段性成果，但是從總體上講，理論上有待進(jìn)一步地深入。

2、 本文首先描述了索桿張力結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀，并簡(jiǎn)要說(shuō)明了其主要結(jié)構(gòu)形式——索穹頂結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。在廣泛閱讀相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，本文介紹了目前主要的索單元模型，并比較了已有單元模型的優(yōu)缺點(diǎn)。文獻(xiàn)[23]和文獻(xiàn)[24]提出了一種精度較高且計(jì)算工作量較小的四節(jié)點(diǎn)等參索單元理論，并成功運(yùn)用于單索結(jié)構(gòu)和索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的研究分析中。本文在此基礎(chǔ)上提出了將四節(jié)點(diǎn)等參索單元與兩節(jié)點(diǎn)直線(xiàn)桿單元相結(jié)合的有限元模型，即采用四節(jié)點(diǎn)等參索單元模型模擬拉索而用二節(jié)點(diǎn)直線(xiàn)桿單

3、元模擬受壓桿，其目的是把四節(jié)點(diǎn)等參索單元理論推廣到索桿張力結(jié)構(gòu)的研究分析中。 作為柔性的空間張拉結(jié)構(gòu)，索桿張力結(jié)構(gòu)只有在施加了預(yù)應(yīng)力之后才具有剛度，因此研究這種結(jié)構(gòu)形式的首要工作就是由給定的幾何關(guān)系尋求合理的幾何結(jié)構(gòu)及預(yù)應(yīng)力分布，即找形分析。索桿張力結(jié)構(gòu)的第二類(lèi)找形結(jié)果和自應(yīng)力模態(tài)求得的結(jié)果基本吻合，特別是當(dāng)所給的預(yù)應(yīng)力值比較小的時(shí)候，所得結(jié)果完全相等。荷載分析是找形分析的后續(xù)步驟，通過(guò)荷載分析，可以檢驗(yàn)找形后的結(jié)構(gòu)在外荷載作用

4、下是否安全，其任務(wù)就是求該結(jié)構(gòu)在外力作用下的位移與內(nèi)力。本文考察了索桿張力結(jié)構(gòu)在不同靜力荷載作用下的應(yīng)力分布和位移變化規(guī)律，證明了索桿張力結(jié)構(gòu)的代表形式索穹頂結(jié)構(gòu)的力傳遞途徑是由脊索從內(nèi)向外一跨一跨地輻射式傳遞，越是靠近外環(huán)其單元的內(nèi)力越大。結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性主要用結(jié)構(gòu)的自振頻率來(lái)描述，文章的最后對(duì)單索結(jié)構(gòu)和索穹頂結(jié)構(gòu)的自振頻率進(jìn)行了計(jì)算，發(fā)現(xiàn)其基頻較小且高階頻率密集。以上研究工作都是基于四節(jié)點(diǎn)等參索單元理論，采用Fortran95標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言