悬索结构非线性分析的滑移索单元法

本文提出了一种悬索结构存在在滑移单元时的非线性计算方法,利用文献（１）提出的五节点曲线索单元有限元基本方程,建立了滑移单元非线性分析的计算理论、方法及公式,并进行了实例计算,结果表明,本文方法是行之有效的,可供悬索结构设计、施工时参考。     

滑轮在索上滑行分析的索-轮单元法

为了分析索结构中滑轮在悬索上行走及连续长索从滑轮下绕行问题,创建了一种新的单 元. 被称为索-滑轮单元的三节点新单元模拟一段索支承滑轮,滑轮的中心取为中间节点, 索的两端点为另外两节点. 基于有限元分析的基本原理,并利用处于平衡状态时单元内力之间的关系,推导了单元的算法. 这种新单元可以通过自动调整滑轮两侧索段的长度使单元处于平衡状态,从而简化了计算. 算例证明了新单元的算法及所编制程序的正确性,同时说明了它在工程中的应用. 给出了构成刚度阵的各矩阵的显式表达式. 新单元可以直接用于常规的有限元分析中,分析处于工作状态或施工中的索结构.     

索托桥结构分析的滑移索单元法

为在索托桥的结构分析中精确模拟连续长索的滑动,本文创建了一种新的单元。被称为“滑移索单元”的新单元有三个节点,以点接触的形式模拟索从下方绕过滑轮,它可以通过自动调整两侧索段的长度而使单元处于平衡状态,从而简化了计算。新单元算法的推导基于有限元分析的基本原理和弹性悬链线的解析解,并利用了平衡状态时单元内力之间的关系。本文介绍滑移索单元的推导过程,用设计的算例验证了它的正确性,分析了连续长索的滑移对索托桥桥面竖向变形的影响。新单元可以直接用于常规的有限元分析中,研究处于工作状态或在施工中的索结构。     

预应力钢桁架结构分析中的摩擦滑移索单元

为精确模拟预应力钢桁架中连续长索在支撑点的滑动,本文创建了一种考虑摩擦力影响的新单元。被称为摩擦滑移索单元的新单元有三个节点,中间节点为支撑点。本文首先利用弹性悬链线的解析解,建立了弹性悬链线单元,并推导了单元两端点的张拉刚度。摩擦滑移索单元由两个弹性悬链线单元组合而成,根据支撑点处索的滑动方向、索力差、滑动摩擦力和滑移刚度调整两索段的原长,使支撑点两侧的索力满足给定的摩擦关系。算例验证了新单元算法的正确性和高效性,对设计的预应力钢桁架的分析,显示了张拉过程中及使用荷载作用下新单元在结构分析中的应用。新单元可直接用于常规的有限元分析,研究在工作状态或施工中存在连续长索滑移的索结构。     

拉索穹顶结构非线性分析的混合有限元增量法

拉索穹顶结构是由受压桅杆和拉索组成的新型柔性大跨度空间组合结构,几何上表现为极强的非线性特性,计算困难,本文应用有限元法,结合拉索穹顶结构特征,假定拉索和桅杆的受力满足虎克宣定律,建立了可以直接考虑拉索垂度影响的两节点索单元模型,并与两节点直杆单元相结合,基于修正的拉格朗日描述方法和虚功原理建立了拉索穹顶结构非线性分析的混合有限元增量方程。采用荷载增量法与Ｎｅｗｔｏｎ－Ｒａｐｈｓｏｎ法相结合的求解     

自由曲面索承网格结构的合理布索位置研究

为了给出自由曲面索承网格结构的合理布索位置,首先,将上部网格结构作为连续体,基于鲁棒性定量评价指标,采用改进的大爆炸算法,进行拓扑优化,获得自由曲面的鲁棒构型;其次,利用Hough变换对鲁棒构型进行检测,在布索数量确定后,提取决定布索曲线方向的参数;最后,对布索曲线上的全部节点进行试算,优化出布索曲线端点。算例表明,该方法可为复杂自由曲面索承网格结构优化出基于力学原理的合理布索方案,同时,通过与直观布索方案的对比,证明了本文求得的布索方案具有更好的力学性能,可为实际工程应用提供参考。     

一种连续索滑移的处理方法

目的是建立一种快速简便的拉索滑移问题的有限元计算方法。采用基于弹性悬链线精确解的两节点悬链线单元模拟索结构中的拉索，利用求解非线性方程组的延拓法，再配以常用的牛顿法，建立了快速的给定索原长情况下的拉索刚度计算方法。此法对于一般的给定初值，能很快逼近真实解，从而扩大了解的收敛范围，更重要的是与牛顿法相比更加高效。进而采用二分法建立了索结构中拉索滑移问题处理的算法，编制了相应的程序段，并通过算例证明了其正确性。本文的拉索滑移处理方法可用于索结构的设计与施工。     

单层平面索网幕墙结构的几何非线性问题研究

单层平面索网支承式玻璃幕墙结构是近年来在国内外应用较为广泛的一种新型幕墙结构形式,由于单层平面索网不具有负高斯曲面形式,结构在平面外方向的刚度偏柔,表现出较明显的几何非线性特征.本文采用连续化方法建立了单层平面索网结构考虑几何非线性影响的静力平衡方程和振动方程,得到了结构刚度的解析表达式,并采用谐波平衡法求得非线性频率的简化解析表达式,以此为基础研究了单层平面索网结构的静力非线性和动力非线性问题.研究结果表明:结构的非线性和结构的初始位置密切相关;结构的非线性频率主要取决于索的初始应变、结构振动幅值与跨度的比值,几何非线性对于结构动力性能的影响要小于对结构静力性能的影响;本文得到的结构在地震荷载和平均风荷载作用下的非线性振动方程和非线性频率为结构在地震荷载和脉动风荷载作用下动力响应的求解奠定了基础.     

基于非线性有限元的索穹顶施工模拟分析

索穹顶结构的成形和施工模拟分析是该体系的基础问题。由于包含着刚体位移的分析使得跟踪难度相当大。本文采用了基于非线性有限元的施工过程分析 ,适应性强、分析精度高 ,避免了刚体位移假定。从而使得索穹顶体系的成形过程、受荷状态的全过程分析方法获得了统一。通过与试验模型对比分析表明本文方法操作简单且分析精度较高 ,分析的结果能够很好地指导施工     

具有滑移式散索鞍的悬索桥主缆架设分析

为分析悬索桥的主缆架设,首先建立了滑移式索鞍纵向复合圆曲线的数学描述方法,进而利用弹性悬链线的精确解,建立了两索鞍间索跨的分析方法,并用于确定由成桥几何控制参数确定的悬索桥成桥状态,随后通过移动鞍座寻找平衡位置,可得到空载时索鞍预偏量、各跨垂度、索股张力和索夹位置等重要参数。这种解析迭代法可以考虑散索鞍重量的影响,以及主梁的架设对索鞍支承面的弹性压缩。算例表明本文所建立的方法是正确的。工程算例还表明具有不同纵向曲线的索鞍对悬索桥结构的整体静力分析结果影响甚微,且忽略散索鞍的重量将使架设时锚跨侧索股的张拉力偏大。     

单层平面索网幕墙结构的风振响应分析及实用抗风设计方法

单层平面索网玻璃幕墙结构是广泛应用于大型公共建筑中的一种新型结构形式,由于其具有柔性大、质量轻、阻尼小、自振频率低的特点,属风敏感结构。由于单索幕墙具有较高的几何非线性,本文采用基于随机振动理论的模态叠加频域方法进行了单索幕墙结构的风振响应分析。将模态叠加频域方法的计算结果和非线性时程分析方法的精确计算结果进行了比较,证明了该方法的准确性。并且本文通过分析各阶模态对单索幕墙结构风振响应的贡献,得到脉动风荷载下结构的振动以第一阶模态为主的结论。根据该结论本文采用频域方法推导了单索幕墙结构的位移均方差和索内力均方差的实用计算公式,同时考虑单索幕墙的结构特点提出了基于结构响应的单索幕墙结构实用抗风设计方法。     

斜拉索各参数取值对索力测定结果的影响

为了确保频率法测定斜拉索索力的精度，以某斜拉桥中的拉索为例，采用平面非线性有限元法探讨了斜拉索各参数取值对索力值的影响，并讨论了各参数的合理取值．利用分析结果找到了不同的测试单位在该斜拉桥的索力联测中存在较大索力偏差的原因，可对施工过程中的索力精确测定提供帮助．分析结果同样适用于悬索桥和悬挂屋顶等索结构的索力测定．     

大跨度斜拉桥动力特性分析

本文提出一种计算大距度钢桁梁斜拉桥动力特性的方法。文中分别采用桁段有限单元、空间梁元、空间杆元计算斜拉桥中桁架，桥塔、拉索的刚度矩阵与质量矩阵，采用子空间迭代法求解特征方程，所得结果可供设计参考。     

斜拉桥索力张拉过程的最优控制

以影响结构为基础,通过拉索张拉过程的结构分析,建立了张拉过程的最优控制数学模型,并采用综合参数法进行求解。该方法不但适合斜拉桥索力张拉过程,而且能够应用于悬索桥、拱桥的施工控制中,对同类问题有重要的参考价值。     

大跨度悬索桥索股抗弯刚度对锚跨张力测试精度的影响研究

为研究索股抗弯刚度对张力测试精度的影响,基于能量法推导了计入索股抗弯刚度和忽略索股抗弯刚度影响的悬索桥锚跨索股在两端铰接时索股张力和自振频率的关系,考虑到悬索桥索股边界条件的复杂性,结合动平衡法得出了索股在一端铰接一端弹性支承时索股张力与自振频率之间的相关表达式。通过算例,对所得表达式的精度及有效性进行了验证,结果发现索股的抗弯刚度对索股张力控制精度的影响较大。工程应用研究则表明,索股抗弯刚度对测试精度的影响,主要由索股张力产生的应力刚度与索股抗弯刚度之间的比值决定;锚跨索股边界条件的不确定性,对控制精度也产生较大影响,施工锚跨张力控制过程中,结合提出的最小二乘法,能有效地解决该问题,并能大幅提高索股张力控制精度。     

斜拉桥索力优化的强次可行序列二次规划法

提出了一种斜拉桥索力优化的实用方法-强次可行序列二次规划法. 该方法通过建立斜拉 桥索力优化的非线性规划模型，以主梁和索塔的弯曲应变能为目标函数，斜拉索的索力为设 计变量，结构应力和索力为约束条件，计入大跨度斜拉桥各种几何非线性因素的影响，采用 强次可行序列二次规划算法进行优化求解，确定斜拉桥成桥合理状态的索力. 运用该方法对 某斜拉桥进行索力优化，结果表明该方法简单、有效.     

张力索杆结构最小势能分析方法与结构特性研究

张力索杆结构为柔性多态体系,计算方法复杂。本文基于势能最小化迭代建立平衡态的最小势能方法,推导了体系势能、下降向量及步长列式,建立势能最小化共轭梯度法迭代格式,并用VC++编程实现了算法。通过正交四边形网格索网数值分析算例验证了程序正确性,并分析了新型六边形网格马鞍形双曲索网和索杆张拉整体结构的非线性荷载特性。研究表明最小势能迭代分析是一种有效的柔性张力结构非线性分析方法。     

空间曲线索的平衡方程及单索几何判定

空间曲线索平衡方程可在理想柔索假定的基础上进行推导,也可以由空间曲线梁平衡方程退化得到。本文给出后者的连续化分析过程并进行了初步的讨论,目的在于将空间曲线索的各种力学模型统一起来。采用理想柔索假定后单索只能是平面曲线,自然坐标系和整体直角坐标系下平面曲线索的平衡方程是等价的。同时,针对以往单索连续化分析中几何判定的不足,基于空间曲线的弧长独立参数概念,指出单根理想柔索本质上为静不定和动不定体系。     

简单立方点阵结构静态平压性能分析

为了提高简单立方(SC)点阵结构的平压力学性能,在ABAQUS中对SC单胞建立了周期边界约束方程,并通过ESO算法对周期边界条件下的SC单胞进行了拓扑优化设计。随后对优化SC单胞的等效弹性模量进行了求解,发现优化SC单胞的等效弹性模量明显优于传统SC单胞,从外部去除单胞材料可使优化单胞等效压缩模量提高27.14%,从内部去除单胞材料可使单胞等效剪切模量提高46.18%。最后将优化SC单胞从单胞层面扩展到宏观结构中,探究了三类SC点阵结构的静态平压性能。研究表明,周期边界条件与ESO相结合的拓扑优化方法,可使SC结构静态平压时的抵抗力得到明显提升。相比传统SC点阵结构,优化后的SC点阵结构抵抗力提高了20%以上。     

Eigenfrequency analysis of cable structures with inclined cables

The approximate eigenfrequencies for the in-plane vibrations of a cable struc- ture consisting of inclined cables,together with point masses at various points were com- puted.It was discovered that the classical transfer matrix method was inadequate for this task,and hence the larger exterior matrices were used to determine the eigenfrequency equation.Then predictions of the dynamics of the general cable structure based on the asymptotic estimates of the exterior matrices were made.