索穹頂結構的靜動力分析及優(yōu)化.pdf

1、索桿張力結構體系是張拉整體結構、索穹頂結構及空間索桁結構等具有張力索和壓桿的預應力平衡體系結構的總稱。這種由連續(xù)的拉索和間斷的壓桿組成的體系其結構效率極高，表現出以往空間結構形式所不具備的優(yōu)越性，已經引起了人們的廣泛興趣。索穹頂結構和索桁結構在工程中的應用，更加說明了索桿張力體系具有強大的生命力。但迄今為止，這種新型結構在我國內地還沒有實際的工程應用，對索桿張力結構體系的認識還不全面，這方面的研究工作正在不斷進行之中。 目前國內

2、外對于索桿張力結構的研究主要集中在幾何拓撲、預應力平衡態(tài)分析、幾何穩(wěn)定性判定、荷載態(tài)分析及施工過程跟蹤、試驗研究等方面。對其代表作索穹頂結構的研究主要集中在索穹頂的幾何特性和幾何穩(wěn)定性研究、索穹頂的自內力模態(tài)和預應力分布優(yōu)化分析、索穹頂結構預應力損失問題的研究、索穹頂結構的非線性有限元基本理論分析、索穹頂結構的施工模擬分析、索穹頂結構的靜動力特性模型試驗研究等。其研究方法已經從純理論走向理論服務實際、解決實際的工程問題，從靜力領域走向動

3、力領域。但是從總體上來說理論還不夠統(tǒng)一、全面。 本文首先在大量閱讀國內外參考文獻的基礎上，總結了國內外對索桿張力結構的研究現狀，工程應用情況以及尚待解決的問題，重點介紹了索桿張力結構的代表作索穹頂結構。探討了索穹頂結構的特點及優(yōu)點，從而完成了對索桿張力體系和索穹頂結構的概念性研究。并在前人工作的基礎上，提出了本文的主要研究內容和技術路線。 本文對索桿張力結構的非線性有限元方程的建立及求解做了進一步的說明，并通過有限元分析

4、軟件ANSYS對索穹頂結構的靜力性能進行了分析，研究其在不同預應力及幾何參數作用下構件的內力與位移的變化情況。在靜力分析的基礎上，對索穹頂結構的自振頻率和振型進行了分析，研究了在不同預應力和幾何參數作用下構件的自振頻率及振型的變化規(guī)律，并將其結果與靜力分析的結果進行了比較，得出兩者的結論是相同的。 目前對于索穹頂結構優(yōu)化方面的研究還比較少，本文以截面面積和預應力為設計變量，分別以節(jié)點位移和單元內力為狀態(tài)變量對結構總重進行非線性約