边索滑移情况下的张拉膜结构施工成形过程模拟分析

发布时间：2017-08-28 20:06

  本文关键词：边索滑移情况下的张拉膜结构施工成形过程模拟分析

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【摘要】：索膜结构是一种新型的空间结构形式。与传统刚性结构不同,索膜结构的刚度、合理形态主要是通过结构体内合理的预应力分布来保证的。施工过程中,索膜滑移、施工误差等因素均会造成索膜结构的预应力分布与设计预期存在较大差异,进而使得膜面出现褶皱、甚至破坏。为准确实现索膜结构的设计目标,需要在考虑索膜滑移的情况下,采用简明高效地计算方法,对索膜空间结构施工成形全过程进行模拟分析,从而进一步完善索膜结构设计理论、改进施工方法。在进行索膜结构张拉过程分析时,为避免传统有限元方法计算大、收敛性不佳等困难,也为了更简明地处理索膜滑移现象,本文将本课题组前期提出的含有三个附加节点的弹簧质点模型(MSMTN)应用于张拉式索膜结构的变形模拟,并进一步提出了索膜滑移处理方法,从而实现了索膜滑移情况下的索膜结构张拉过程分析。具体研究工作如下:1.将含三个附加节点的弹簧质点模型引入索膜结构体系的施工仿真分析中,基于MSMTN,建立了适用于索膜结构计算分析的大变形增量算法;2.基于弹簧质点模型,提出了索在中间支座上滑移的计算模拟方法,即通过保持索、支座共节点,改变滑移索单元原长的方法来模拟索滑移过程,有效避免了索滑移后单元重划的困难;进而建立了索膜空间结构施工过程中的索膜滑移迭代计算分析方法;3.基于MSMTN模型,建立了张拉式膜结构施工张拉全过程分析计算方法,并针对典型马鞍形索膜空间结构,在考虑索膜滑移的情况下,分析了施工过程中索膜结构的空间结构形态、结构应力状态的变化情况;4.在完成索膜空间结构施工成形过程分析的基础上,重点分析了考虑索膜滑移时,边索施工误差、不同预设预应力对索膜结构施工成形过程的影响。本文利用弹簧质点模型,讨论了膜结构设计与施工的联系,研究了施工过程中索膜滑移、索系施工误差以及不同初始预应力等对大跨度索膜空间结构受力状态的影响;研究成果将有助于进一步完善索膜空间结构的设计理论及施工过程分析方法。
【关键词】：张拉式膜结构 弹簧质点模型 几何非线性 索膜滑移 施工全过程模拟
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU745
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-26
• 1.1 引言10-11
• 1.2 索膜结构的研究现状11-22
• 1.2.1 索膜结构设计理论的研究现状11-17
• 1.2.2 索膜结构施工的研究现状17-22
• 1.3 弹簧质点模型的研究现状22-23
• 1.4 索膜结构施工过程中的关键技术23-24
• 1.4.1 索膜结构的一般施工过程23
• 1.4.2 索膜结构施工成形过程模拟分析的必要性23-24
• 1.5 膜结构施工分析存在的主要问题24-25
• 1.6 本文的研究内容25-26
• 第2章 基于MSMTN的索膜结构增量计算方法26-35
• 2.1 引言26
• 2.2 MSMTN模型简介26-30
• 2.2.1 MSMTN弹簧系数的确定方法27-29
• 2.2.2 MSMTN的变形算法29-30
• 2.3 基于MSMTN的索膜结构增量法30-33
• 2.3.1 连续体大变形计算的增量法30-31
• 2.3.2 MSMTN膜面增量法的基本流程31-32
• 2.3.3 MSMTN的预应力处理32
• 2.3.4 附加节点位移的计算32-33
• 2.3.5 索的处理方法33
• 2.4 基于MSMTN的膜结构增量法计算步骤33-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第3章 基于MSM的索膜滑移迭代分析方法35-43
• 3.1 引言35
• 3.2 基于MSM的索滑移模型建立35-38
• 3.3 基于MSM的索膜滑移迭代方法38-42
• 3.3.1 索膜共节点的处理方法38
• 3.3.2 索膜摩擦滑移的处理方法38-41
• 3.3.3 索膜自由滑移的处理方法41-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第4章 索膜结构张拉施工分析的计算方法43-47
• 4.1 引言43
• 4.2 基本计算思路与基本假定43-44
• 4.3 施工模拟之前的预处理44-45
• 4.4 索膜结构张拉过程的处理方法45-46
• 4.5 本章小结46-47
• 第5章 典型马鞍形索膜结构张拉施工成形全过程分析47-74
• 5.1 引言47
• 5.2 计算模型及设计计算结果47-48
• 5.3 分步张拉膜面施工模拟48-55
• 5.4 分步张紧边索施工模拟55-73
• 5.4.1 考虑索膜滑移时分步张紧边索的施工模拟55-62
• 5.4.2 不同摩擦系数对张紧边索施工模拟的影响62-73
• 5.5 本章小结73-74
• 第6章 含索系施工误差的边索张拉分析74-89
• 6.1 引言74
• 6.2 索膜固结情况下含索系误差的张拉结果分析74-81
• 6.3 索膜滑移情况下含索系误差的张拉结果分析81-88
• 6.4 本章小结88-89
• 第7章 不同预设预应力下索膜结构施工过程分析89-107
• 7.1 引言89
• 7.2 不同预设索力下索膜结构施工成形结果分析89-98
• 7.2.1 不同预设索力的膜面张拉施工模拟90-92
• 7.2.2 不同预设索力的边索张拉施工模拟92-98
• 7.3 不同预设膜面预应力下索膜结构施工成形结果分析98-106
• 7.3.1 不同膜面预应力的膜面张拉施工模拟98-100
• 7.3.2 不同膜面预应力的边索张拉施工模拟100-106
• 7.4 本章小结106-107
• 第8章 结论与展望107-109
• 8.1 结论107-108
• 8.2 不足与展望108-109
• 致谢109-111
• 参考文献111-115

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本文编号：749206