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受荷连杆机构的运动稳定性和索杆结构的索长误差效应分析

蒋本卫  
【摘要】: 随着工程技术的进步,现代大跨度空间结构体系日益新颖,形式日益复杂,规模日益庞大,这也对该类结构的施工技术提出了更高的要求。本文针对大跨度空间结构的若干关键施工技术,重点研究了以柱面网壳折叠展开式施工为背景的受荷连杆机构运动形态及其稳定性,以及索杆张力结构在施工张拉过程中索长误差引起的初始预应力损失两个方面的内容。 本文首先基于能量原理,推导了索杆结构稳定性的统一判定方法:切线刚度矩阵最小特征值法。应用这一方法,能有效地分析每一平衡形态的稳定情况。通过与几何力法的比较,指出了几何力法判定稳定问题的不全面性,而此法是稳定问题的充要条件。同时,本文通过对弹性刚度矩阵的特征值分析,证明了对应于弹性刚度矩阵零特征值的特征向量即为机构位移模态。 以网壳结构折叠展开式施工为背景,本文讨论了受荷连杆机构的运动形态及其稳定性问题。通过对受荷连杆机构的对称提升和顶升以及非对称提升施工的形态分析,总结出了受荷连杆机构的运动特点,并指出非对称施工不能使结构成形至设计状态。针对运动过程中连杆机构的不稳定现象,本文还对体系分段、吊索布置等改善运动稳定性的措施进行了研究,并从切线刚度的构成,剖析了影响受荷连杆机构运动稳定性的因素,即体系几何和拓扑及内力分布。 针对柔性预张力索杆体系在施工张拉过程中初始预应力的损失问题,本文提出了基于索长误差的体系预应力敏感性分析方法。通过对索长误差建立正态分布随机模型,以一桅杆斜拉悬索系统为例,研究了索长误差对结构的形状以及预应力的影响,同时还对不同施工张拉方案和放宽索长误差控制标准对初始预应力的影响进行了探讨。


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