对称预应力索杆体系形态构建及刚度特性研究
发布时间：2021-12-18 01:32
预应力索杆结构由于造型新颖、性能优良、轻质高效等优点越来越受到人们的关注,已成为空间结构领域研究的热点,显示出巨大的生命力和广阔的应用前景。相较于传统的刚性结构,预应力索杆结构主要依靠初始预应力获得或改善整体刚度,其构型和内力相互强耦合使设计分析更加复杂。为此,研究该类结构的形态和刚度特性是将新型预应力索杆结构推广应用于实际工程的基础。本文在前人研究工作的基础上,综合运用群集理论、矩阵分析、力密度法、有限元法、粒子群优化算法等理论与数值方法,针对对称预应力索杆结构形态构建和刚度特性展开了深入研究和探讨。主要研究内容包括:提出了基于群集理论的对称预应力索杆结构解析找形方法,将找形对象分为两类:张拉整体结构和有约束索杆体系。基于不可约表示及对称操作下节点之间的转换关系,建立了结构的对称子空间,并根据与刚体平动相关联的不可约表示得出对称型力密度矩阵中的关键分块矩阵,从而求得力密度之间的解析关系,避免了对高维度整体力密度矩阵进行分析。引入粒子群优化算法,建立了索杆结构整体可行预应力优化模型,采用权重系数法建立评价函数,将多目标优化问题转换为单目标优化问题,从结构自应力模态求解整体可行预应力。将...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Iogansen的雕塑模型
索穹顶结构、弦支穹顶结构、空间索桁结构等。其共同点在于结构内部均具备自平衡预应力点在于某些结构仅靠索、杆的结合就能达到该平衡，如张拉整体结构，而另一些结构则需要部约束或支撑结构才能获得整体平衡，如索穹顶结构。相比于网架和网壳等传统的大跨度空间结构，由拉索、压杆连接并通过对结构引入预应成的预应力索杆结构具有更为复杂的结构构型、形态和刚度特性。针对预应力索杆结构的形度特性进行研究分析，对开发新型预应力索杆结构、进一步了解结构受力特性及预防结构的具有十分重要的意义。?1.1.1 张拉整体结构张拉整体结构的发展最早可以追溯到 1920 年拉脱维亚艺术家 Iogansen 设计的一个雕塑1-1），该结构由 3 根刚性直杆和 8 根索构成，是张拉整体结构的“雏形”，该结构已十分接近索的三棱柱张拉整体构型。随后，法国建筑师 Emmerich 进行了张拉整体结构的早期研究Iogansen 创作的结构称作“自应力结构”。20 世纪 40 年代美国建筑师 Fuller[1]提出了张拉整体式，他形象地将张拉整体结构描述为：受压的孤岛分布于拉力的海洋中。随后，Fuller 的学生家 Snelson 在其指导下设计了一系列索杆结构艺术品，其中最著名的是早期的双 X 型张拉整（图 1-2），该 X 型单元后来一段时间内被用作张拉整体结构的基本单元。Emmerich 深入研拉整体棱柱体单元，并试图将棱柱形单元组合成形式较为复杂的网格结构。张拉整体以其独构形式吸引了世界各国学者的兴趣，目前世界上很多地方都建造了具备艺术观赏性的张拉整如法国的公园雕塑、Snelson 针塔(Needle Tower)雕塑（图 1-3）等。
2图 1-4 Kurilpa 桥在建筑工程领域的实际应用发展相对缓慢，但其卓越的结构在其他领域的发展越来越受到重视。张拉整体结构的轻式，基于张拉整体结构的可展桅杆结构和可展天线已完成4-17]，进入实际工程应用，2009 年 7 月发射成功的 TerreSta式可展天线[18]，2012 年，欧洲航天局研制出了一种环形可
【参考文献】：
期刊论文
[1]椭圆形盖格式索穹顶体系优化及初始预应力分析[J]. 韩芳冰,陈志华,马青,闫翔宇,王鑫. 工业建筑. 2015(08)
[2]约束优化理论和动力松弛技术在张拉整体结构找形分析中的联合应用[J]. 张沛,冯健. 土木工程学报. 2015(07)
[3]对称型动不定杆系结构的可动性判定准则[J]. 陈耀,冯健,马瑞君. 建筑结构学报. 2015(06)
[4]考虑约束条件的索杆张力结构找形研究[J]. 蔡建国,冯健,涂永明,周雅. 土木工程学报. 2014(05)
[5]一种求解索杆张力结构整体自应力模态的能量方法[J]. 张沛,冯健. 土木工程学报. 2013(06)
[6]Geiger型索穹顶结构参数分析[J]. 汤荣伟,赵宪忠,沈祖炎. 建筑科学. 2013(01)
[7]充气膜结构零应力态求解[J]. 赵俊钊,陈务军,付功义,朱红飞. 工程力学. 2012(12)
[8]基于群集理论的高阶对称结构可动性判定[J]. 陈耀,冯健,夏仕洋. 计算力学学报. 2012(05)
[9]面向几何坐标的张拉整体结构找形算法[J]. 陆金钰,李娜,范圣刚. 深圳大学学报(理工版). 2012(03)
[10]索网结构找形平衡形态弹性化与零应力态分析[J]. 陈务军,张丽梅,董石麟. 上海交通大学学报. 2011(04)
博士论文
[1]索杆张力结构的预张力偏差和刚度解析[D]. 夏巨伟.浙江大学 2014
[2]张拉整体结构的形态理论与控制方法研究[D]. 许贤.浙江大学 2009
硕士论文
[1]索杆张力结构的柔性分析[D]. 杜贵首.上海交通大学 2008
本文编号：3541359
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Iogansen的雕塑模型
索穹顶结构、弦支穹顶结构、空间索桁结构等。其共同点在于结构内部均具备自平衡预应力点在于某些结构仅靠索、杆的结合就能达到该平衡，如张拉整体结构，而另一些结构则需要部约束或支撑结构才能获得整体平衡，如索穹顶结构。相比于网架和网壳等传统的大跨度空间结构，由拉索、压杆连接并通过对结构引入预应成的预应力索杆结构具有更为复杂的结构构型、形态和刚度特性。针对预应力索杆结构的形度特性进行研究分析，对开发新型预应力索杆结构、进一步了解结构受力特性及预防结构的具有十分重要的意义。?1.1.1 张拉整体结构张拉整体结构的发展最早可以追溯到 1920 年拉脱维亚艺术家 Iogansen 设计的一个雕塑1-1），该结构由 3 根刚性直杆和 8 根索构成，是张拉整体结构的“雏形”，该结构已十分接近索的三棱柱张拉整体构型。随后，法国建筑师 Emmerich 进行了张拉整体结构的早期研究Iogansen 创作的结构称作“自应力结构”。20 世纪 40 年代美国建筑师 Fuller[1]提出了张拉整体式，他形象地将张拉整体结构描述为：受压的孤岛分布于拉力的海洋中。随后，Fuller 的学生家 Snelson 在其指导下设计了一系列索杆结构艺术品，其中最著名的是早期的双 X 型张拉整（图 1-2），该 X 型单元后来一段时间内被用作张拉整体结构的基本单元。Emmerich 深入研拉整体棱柱体单元，并试图将棱柱形单元组合成形式较为复杂的网格结构。张拉整体以其独构形式吸引了世界各国学者的兴趣，目前世界上很多地方都建造了具备艺术观赏性的张拉整如法国的公园雕塑、Snelson 针塔(Needle Tower)雕塑（图 1-3）等。
2图 1-4 Kurilpa 桥在建筑工程领域的实际应用发展相对缓慢，但其卓越的结构在其他领域的发展越来越受到重视。张拉整体结构的轻式，基于张拉整体结构的可展桅杆结构和可展天线已完成4-17]，进入实际工程应用，2009 年 7 月发射成功的 TerreSta式可展天线[18]，2012 年，欧洲航天局研制出了一种环形可
【参考文献】：
期刊论文
[1]椭圆形盖格式索穹顶体系优化及初始预应力分析[J]. 韩芳冰,陈志华,马青,闫翔宇,王鑫. 工业建筑. 2015(08)
[2]约束优化理论和动力松弛技术在张拉整体结构找形分析中的联合应用[J]. 张沛,冯健. 土木工程学报. 2015(07)
[3]对称型动不定杆系结构的可动性判定准则[J]. 陈耀,冯健,马瑞君. 建筑结构学报. 2015(06)
[4]考虑约束条件的索杆张力结构找形研究[J]. 蔡建国,冯健,涂永明,周雅. 土木工程学报. 2014(05)
[5]一种求解索杆张力结构整体自应力模态的能量方法[J]. 张沛,冯健. 土木工程学报. 2013(06)
[6]Geiger型索穹顶结构参数分析[J]. 汤荣伟,赵宪忠,沈祖炎. 建筑科学. 2013(01)
[7]充气膜结构零应力态求解[J]. 赵俊钊,陈务军,付功义,朱红飞. 工程力学. 2012(12)
[8]基于群集理论的高阶对称结构可动性判定[J]. 陈耀,冯健,夏仕洋. 计算力学学报. 2012(05)
[9]面向几何坐标的张拉整体结构找形算法[J]. 陆金钰,李娜,范圣刚. 深圳大学学报(理工版). 2012(03)
[10]索网结构找形平衡形态弹性化与零应力态分析[J]. 陈务军,张丽梅,董石麟. 上海交通大学学报. 2011(04)
博士论文
[1]索杆张力结构的预张力偏差和刚度解析[D]. 夏巨伟.浙江大学 2014
[2]张拉整体结构的形态理论与控制方法研究[D]. 许贤.浙江大学 2009
硕士论文
[1]索杆张力结构的柔性分析[D]. 杜贵首.上海交通大学 2008
本文编号：3541359
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