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索杆张力结构的施工成型和平面连杆机构的运动形态分析

伍晓顺  
【摘要】:索杆张力结构的施工成型分析,以及柱面网壳“折叠展开式”整体提升施工的形态分析,是本文的主要研究内容。前者涉及到松弛态索杆体系的找形分析,后者可简化为平面连杆机构的运动形态分析。这方面的研究具有现实的工程意义和理论的指导意义。 本文首先基于悬链线解析解推导了一种反映索原长和索力之间关系的索元协调方程式,以及适用于动力松弛法找形分析的索元弦向刚度表达式。利用该协调方程式,无需迭代或仅采用简单的二分法便可以稳定快速地实现索原长与索力之间的换算。而索元弦向刚度表达式则可以在常规动力松弛法找形分析时考虑大垂度松弛索元的情况。 本文还详细地解释了运动阻尼动力松弛法的基本原理,结合松弛索元和直线杆元两种单元类型给出其虚拟质量的取值,并对刚度增大系数λ的取值做了一些讨论,指出最佳λ的取值是很困难的。根据作者的经验,对于柔性结构体系的找形分析,λ在0.5~2.0之间调节即可获得满意的收敛速度。 本文在总结找形分析的特点及其数学描述的基础上,采用悬链线索元结合动力松弛法,考察了Geiger型索穹顶结构和CC类葵花型空间索桁结构的几个特定施工步骤,对其施工成型过程进行了模拟,取得了很好的结果。本文的计算方法具有正确和高效的特点。值得指出的是,在求解索原长这一施工成型的前提条件时,本文首次将其按索元来处理,而不是按直线杆元。 本文还利用动力松弛法对几个平面连杆机构进行了非对称提升施工的形态分析,分别总结了这些体系在提升过程中的形态特点,并讨论了吊索数量和节点位置对体系施工形态的影响。计算结果充分反映了这类体系的形态特征,即体系的运动形态不象可展结构那样仅由体系几何确定,而是由体系几何、作用荷载和运动驱动三种因素共同决定。 本文最后对上述研究工作与成果做了总结,并指出了进一步的工作。


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