随机边界弹性约束空间预应力钢桁架随机内力摄动分析

本文在文献[2]-[4]的基础上,进一步建立了具有任意弹性约束的拉索式空间预应力钢桁架计算模型,其中所有弹性约束均由一组弹簧模拟,在此基础上考虑到边界弹性约束刚度的随机性,进一步建立了拉索式预应力空间钢桁架随机内力摄动分析的计算公式,并针对三角形立体钢桁架进行了分析,为预应力立体钢桁架的可靠性研究奠定了一定的理论基础。     

随机拉索刚度预应力空间钢桁架随机内力摄动分析

基于已建立的拉索式平面预应力钢桁架基本理论 ,考虑到拉索刚度的随机性 ,得到了拉索式空间预应力钢桁架随机内力摄动分析的一般公式及敏度分析式 ,给出了空间预应力钢桁架随机内力统计特性计算表达式。为进一步进行空间预应力钢桁架可靠性分析奠定了一定的理论基础。最后针对工程中常见的三角形立体钢桁架 ,给出了算例     

具有随机拉索刚度的预应力钢桁架随机内力摄动分析

本文在建立拉索式预应力钢桁架基本计算理论的基础上，考虑到拉索刚度的随机性，推导了拉索式平面预应力钢桁架随机内力摄动分析的一般公式及敏度分析式，并给出了算例。为进一步进行预应力钢桁架可靠性分析奠定了基础。     

予应力钢桁架刚度反演分析的摄动迭代法

基于文（１）所建立的拉索式予应力钢桁架基本计算,根据矩阵摄动原理进一步给出了以竖向为位移为约束反演确定任意布索张拉予应力钢桁架单元刚度和的索刚度的摄动迭代公式。算例表明,该方法具有较高的精度,可满足工程设计需要。     

随机边界弹性约束预应力钢桁架随机内力摄动分析

为了更合理地模拟实际边界条件，本文在钢桁架各支承处引入一组弹性约束，并以边界性约束刚度的随机性，在建立拉索式预应力钢桁架基本计算基本理论的基础上，推导了拉索式预应力钢桁架随机内力摄动分析一一般公式，并给出了算例。     

弹性支承多次张拉预应力钢桁架刚度反演摄动分析

本文基于文献「１」所建立的拉索式预应力钢桁架基本理论,通过引入组合单元和刚度变化因子,利用矩阵摄动原理建立了以结点竖向位移为约束,以确定弹性支承多次张拉预应力钢桁架各类单元刚度为目标的反演摄动迭代方程。算例表明,该方法具有较高的逼近精度,可满足工程设计需要。     

空间预应力钢束平滑建模及张拉过程模拟方法

提出一种空间预应力钢束连续平滑模型的建立方法,以及提出考虑钢束与孔道之间摩擦、滑移等相互作用的张拉过程模拟方法。基于空间预应力钢束为一条柱面相贯线的本质特性,采用辅助实体相贯的方法建立其连续平滑模型;通过建立孔道实体并与主梁进行布尔运算,实现孔道轴线与钢束节点的一一对应;采用法向点-点接触单元模拟摩擦滑移;采用预紧单元模拟张拉。分析表明:辅助实体相贯法建立的连续平滑模型优于传统空间坐标合成法建立的空间折线模型;采用接触单元与预紧单元组合模拟张拉过程,可反映钢束节点与混凝土内部节点之间的摩擦、滑移等非线性效应,钢束呈整体受力状态,优于传统的初应变法。     

预应力混凝土空间组合式滑移模型

考虑预应力钢筋和混凝土间的粘结滑移效应,结合组合式模型和分离式模型的优点,提出了一种预应力混凝土空间组合式滑移模型。通过预应力钢筋和混凝土单元交点处的虚拟结点,将模拟预应力钢筋和混凝土交界面的无厚度环形粘结单元嵌入组合单元中。粘结单元忽略预应力钢筋-混凝土间的径向相对位移,通过内、外表面的切向位移差值表征预应力钢筋的相对滑移量。基于位移有限元框架,根据预应力钢筋、混凝土、粘结单元各自的本构模型,由虚功原理推导出三者对组合单元刚度矩阵的贡献,建立了该空间组合式滑移模型的有限元平衡方程,并给出了有限元计算流程。在该模型中,预应力钢筋能以任意形式穿过混凝土单元而不需考虑其走向,网格划分灵活;对单个粘结单元而言,在平衡方程中缩减了2个虚拟结点的6个自由度,自由度数减少了8%。     

任意分布参数的梁结构刚度可靠性灵敏度分析

在刚度可靠性设计理论与灵敏度分析方法的基础上,研究了任意分布参数的梁结构刚度可靠性灵敏度分析问题,提出了刚度可靠性灵敏度分析的计算方法,给出了可靠性灵敏度的变化规律,研究了设计参数的改变对梁结构刚度可靠性的影响,为任意分布参数的梁结构刚度可靠性设计提供了理论依据。     

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。     

预应力混凝土斜拉桥空间非线性恒载索力优化

本文建立了斜拉桥索力优化的非线性规划模型,其中以斜拉桥主梁和索塔的弯曲应变能为目标函数,以各斜拉索的索力为设计变量,结构应力及索力为约束条件,采用一阶分析法进行求解,用以确定成桥合理状态的索力。在计算中,考虑大跨度斜拉桥各种几何非线性因素的影响,并列出了优化模型的具体表达式及优化过程中的关键求解策略。应用该法和空间非线性有限元分析程序分析了某大跨度预应力混凝土斜拉桥的合理成桥状态,计算结果表明:该方法简单、有效。     

力法在索-桁结构静力分析中的应用

索-梁(桁)结构是一种新型的空间杂交结构体系，它首先在中国获得工程应用和发展。通过下压平行布置在单层悬索上的实腹梁或桁架等横向加劲构件，强迫其产生向下位移后并固定其位置，以便在整个索与横向构件组成的体系之间建立起预应力，就形成具有足够刚度和形状稳定性的横向加劲单层索屋盖结构。本文根据力法原理，提出了一种新型迭代计算方法，采用Newtpm Raphson Method(N-R)方法计算索-桁结构体系的静力响应。算例计算结果表明：本文方法是可行的，计算精度满足工程需求。     

Optimal design of trusses with geometric imperfections: Accounting for global instability

A topology optimization method is proposed for the design of trusses with random geometric imperfections due to fabrication errors. This method is a generalization of a previously developed perturbation approach to topology optimization under geometric uncertainties. The main novelty in the present paper is that the objective function includes the nonlinear effects of potential buckling due to misaligned structural members. Solutions are therefore dependent on the magnitude of applied loads and the direction of resulting internal member forces (whether they are compression or tension). Direct differentiation is used in the sensitivity analysis, and analytical expressions for the associated derivatives are derived in a form that is computationally efficient. A series of examples illustrate how the effects of geometric imperfections and buckling may have substantial influence on truss design. Monte Carlo simulation together with second-order elastic analysis is used to verify that solutions offer improved performance in the presence of geometric uncertainties.     

A procedure for the static analysis of cable structures following elastic catenary theory

The paper proposes an unitary strategy for the static analysis of general cable nets under conservative loads. A form-finding is first performed in order to initialize the successive non linear analysis. The numerical procedures carried on in both steps, form finding and structural analysis of the net, employ a three dimensional elastic catenary element. Equilibrium conditions at internal nodes and kinematic compatibility at the end nodes of each cable are used to derive the global equations of the net. When the pre-stresses are high and the topology of the net is involved, an accurate initializing solution is essential for the convergence of the successive numeric non linear structural analysis (performed by Newton method). The numerical applications highlight the capability of the proposed procedure to solve three dimensional problems with taut and slack cables, out of plane distributed forces (modeling wind loads), point loads along the cables. The contemporary presence of cables and compression truss elements is also considered testing the effectiveness of the method in the analysis of tensegrity structures.