四棱柱式张拉整体结构的刚度影响因素分析
发布时间：2021-11-12 18:18
张拉整体结构在工程领域中表现出受力合理、形态可控的独特优势,从出现至今一直受到各学科的广泛关注,尤其是空间结构方向。由于张拉整体结构属于一种刚度可变的柔性大变形结构,其刚度极易受到内在因素或外在条件的影响,但目前国内外对张拉整体结构的刚度分析尚未形成系统的理论,因此,研究四棱柱式张拉整体结构的刚度受不同因素的影响规律就显得十分必要。本文在研究张拉整体结构的三种影响因素时,均通过分析荷载-位移曲线、荷载-内力曲线及荷载-刚度曲线的变化得出刚度的影响规律,以期为寻找新的组合构型提供可行性,并为张拉整体结构应用于实际的建筑工程提供参考。具体研究内容如下:首先,通过切线刚度矩阵的表达式来阐述张拉整体结构特殊的刚度形成机理。从杆件刚度和结构刚度两个层面分别将张拉整体结构的总刚度表示为弹性刚度和几何刚度之和。然后,根据找形方法的基本原理,对力密度法和动力松弛法的优缺点及适用情况进行了分析对比。由节点坐标矩阵和结构拓扑矩阵等几何参数编制的MATLAB程序,得到张拉整体基本构型的力密度向量及初始预应力比值关系,并据此在ANSYS中建立了有限元模型。其次,以单层四棱柱式张拉整体结构为研究对象,探究两种不...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Ioganson 的雕塑模型
燕山大学工学硕士学位论文-2-的概念[7]。Fuller在黑山学院讲学时期，他的学生Snelson从雕塑家的视角出发，在张拉整体思想的启发下完成了几个雕塑作品，其中双“X”型张拉整体模型最为著名，如图1-2所示。1958年，Emmerich加深了对棱柱型张拉整体结构的研究工作，并提出了基于组合棱柱体单元的复杂张拉整体结构[8]。图1-1Ioganson的雕塑模型图1-2Snelson的双“X”模型在张拉整体研究的早期阶段，Emmerich[9]、Fuller和Snelson分别于1959年、1964年和1965年申请了专利。但在此之后，他们的研究方向各有侧重。Fuller主要研究球形穹顶在建筑上的应用，他还站在哲学的角度阐释了张拉整体思想，他认为张拉整体的受力特点与整个宇宙的运动轨迹十分符合，将宇宙万有引力看作一个连续张开的网，每个星球作为独立的个体相嵌在网中。Emmerich尝试将张拉整体结构体现在建筑形式上，一些含张拉整体思想的索穹顶结构逐渐形成。而Snelson更多的是从雕塑艺术的角度进行探索，设计了最著名的两座张拉整体柱状雕塑“针塔”（NeedleTower和NeedleTowerⅡ），分别建于1968年和1969年，如图1-3所示。由于张拉整体最早出现在建筑与艺术领域，在提出“张拉整体”概念的初期，张拉整体结构的设计理论和研究方法并未得到快速的发展，因此，张拉整体结构在很长一段时间内发展较缓慢。直到20世纪70年代末期，这种独特的结构体系才引起了工程界的关注，其中Calladine[10,11]、Pellegrino[12,13]、Connelly[14,15]、Motro[5,16]、Hanaor[17]等学者推动了张拉整体结构的进一步发展。他们深入研究了张拉整体结构的体系分析、找形分析、静动力分析及工程应用等方面，并开创了一套
第1章绪论-3-适用于张拉整体结构的相对完善的理论分析方法。图1-3Snelson的张拉整体柱状雕塑“针塔”美国著名工程师Geiger在1986年首次在汉城奥运会体育馆的索穹顶结构[18]的设计中应用张拉整体思想，如图1-4所示。随后，在1992年美国的乔治亚穹顶（GeorgiaDome）由著名工程师Levy应用放射状索穹顶结构设计而成，成为全世界最大的三角形索穹顶体育场馆，如图1-5所示。张拉整体结构体系在建筑工程领域发展较缓慢，但索穹顶的建造已经拉开了将张拉整体结构应用于实际工程的序幕，由此表明越符合大自然生存规律的结构体系其越具有顽强的生命力，因此，张拉整体结构体系广阔的应用前景即将开启。图1-4汉城奥运会索穹顶体育馆图1-5乔治亚三角形索穹顶1.3张拉整体结构的特点张拉整体结构除了符合张力结构的普遍特点外，还呈现出了其自身特有的刚度
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于小生境遗传算法的新型环形张拉整体结构拓扑优化[J]. 谢胜达,袁行飞,马烁. 空间结构. 2019(04)
[2]星形张拉整体可展结构分析[J]. 罗阿妮,刘贺平. 空间科学学报. 2019(02)
[3]基于线性规划的张拉整体结构位移优化控制[J]. 许贤,蔡晖映,孙凤先,罗尧治. 浙江大学学报(工学版). 2017(11)
[4]某张拉整体塔结构动力特性及地震反应分析[J]. 贾莉,陈志华,刘红波,闫翔宇,王霄翔,严士翔. 建筑结构. 2017(15)
[5]三杆张拉整体的结构刚度分析[J]. 罗阿妮,伍承旭,刘贺平. 哈尔滨工程大学学报. 2017(09)
[6]张拉整体结构外力与形变间关系分析及实验验证[J]. 李团结,车明奎. 西安电子科技大学学报. 2017(01)
[7]三杆张拉整体折展过程动力学分析[J]. 罗阿妮,李旭,李全贺,程建军,刘贺平. 哈尔滨工程大学学报. 2016(07)
[8]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)
[9]基于环形张拉整体的索杆全张力穹顶结构形态分析[J]. 陆金钰,武啸龙,赵曦蕾,舒赣平. 工程力学. 2015(S1)
[10]张拉整体并联机构波浪能采集研究[J]. 纪志飞,李团结,林敏. 西安电子科技大学学报. 2015(04)
博士论文
[1]张拉整体结构形态问题的若干研究与优化分析[D]. 张沛.东南大学 2017
[2]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
[3]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]张拉整体结构多稳态找形分析及力学性能研究[D]. 伍艺.东南大学 2018
[2]对称预应力索杆体系形态构建及刚度特性研究[D]. 孙求知.东南大学 2018
[3]星型张拉整体结构构型和刚度分析[D]. 陆游.哈尔滨工程大学 2018
[4]三杆张拉整体结构扭转角度及拓扑分析[D]. 程建军.哈尔滨工程大学 2017
[5]连续折线索单元的理论分析及张拉整体塔结构试验研究[D]. 赵建波.天津大学 2006
[6]张拉整体结构的分析理论及其模型试验研究[D]. 符刚.浙江大学 2003
本文编号：3491429
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Ioganson 的雕塑模型
燕山大学工学硕士学位论文-2-的概念[7]。Fuller在黑山学院讲学时期，他的学生Snelson从雕塑家的视角出发，在张拉整体思想的启发下完成了几个雕塑作品，其中双“X”型张拉整体模型最为著名，如图1-2所示。1958年，Emmerich加深了对棱柱型张拉整体结构的研究工作，并提出了基于组合棱柱体单元的复杂张拉整体结构[8]。图1-1Ioganson的雕塑模型图1-2Snelson的双“X”模型在张拉整体研究的早期阶段，Emmerich[9]、Fuller和Snelson分别于1959年、1964年和1965年申请了专利。但在此之后，他们的研究方向各有侧重。Fuller主要研究球形穹顶在建筑上的应用，他还站在哲学的角度阐释了张拉整体思想，他认为张拉整体的受力特点与整个宇宙的运动轨迹十分符合，将宇宙万有引力看作一个连续张开的网，每个星球作为独立的个体相嵌在网中。Emmerich尝试将张拉整体结构体现在建筑形式上，一些含张拉整体思想的索穹顶结构逐渐形成。而Snelson更多的是从雕塑艺术的角度进行探索，设计了最著名的两座张拉整体柱状雕塑“针塔”（NeedleTower和NeedleTowerⅡ），分别建于1968年和1969年，如图1-3所示。由于张拉整体最早出现在建筑与艺术领域，在提出“张拉整体”概念的初期，张拉整体结构的设计理论和研究方法并未得到快速的发展，因此，张拉整体结构在很长一段时间内发展较缓慢。直到20世纪70年代末期，这种独特的结构体系才引起了工程界的关注，其中Calladine[10,11]、Pellegrino[12,13]、Connelly[14,15]、Motro[5,16]、Hanaor[17]等学者推动了张拉整体结构的进一步发展。他们深入研究了张拉整体结构的体系分析、找形分析、静动力分析及工程应用等方面，并开创了一套
第1章绪论-3-适用于张拉整体结构的相对完善的理论分析方法。图1-3Snelson的张拉整体柱状雕塑“针塔”美国著名工程师Geiger在1986年首次在汉城奥运会体育馆的索穹顶结构[18]的设计中应用张拉整体思想，如图1-4所示。随后，在1992年美国的乔治亚穹顶（GeorgiaDome）由著名工程师Levy应用放射状索穹顶结构设计而成，成为全世界最大的三角形索穹顶体育场馆，如图1-5所示。张拉整体结构体系在建筑工程领域发展较缓慢，但索穹顶的建造已经拉开了将张拉整体结构应用于实际工程的序幕，由此表明越符合大自然生存规律的结构体系其越具有顽强的生命力，因此，张拉整体结构体系广阔的应用前景即将开启。图1-4汉城奥运会索穹顶体育馆图1-5乔治亚三角形索穹顶1.3张拉整体结构的特点张拉整体结构除了符合张力结构的普遍特点外，还呈现出了其自身特有的刚度
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于小生境遗传算法的新型环形张拉整体结构拓扑优化[J]. 谢胜达,袁行飞,马烁. 空间结构. 2019(04)
[2]星形张拉整体可展结构分析[J]. 罗阿妮,刘贺平. 空间科学学报. 2019(02)
[3]基于线性规划的张拉整体结构位移优化控制[J]. 许贤,蔡晖映,孙凤先,罗尧治. 浙江大学学报(工学版). 2017(11)
[4]某张拉整体塔结构动力特性及地震反应分析[J]. 贾莉,陈志华,刘红波,闫翔宇,王霄翔,严士翔. 建筑结构. 2017(15)
[5]三杆张拉整体的结构刚度分析[J]. 罗阿妮,伍承旭,刘贺平. 哈尔滨工程大学学报. 2017(09)
[6]张拉整体结构外力与形变间关系分析及实验验证[J]. 李团结,车明奎. 西安电子科技大学学报. 2017(01)
[7]三杆张拉整体折展过程动力学分析[J]. 罗阿妮,李旭,李全贺,程建军,刘贺平. 哈尔滨工程大学学报. 2016(07)
[8]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)
[9]基于环形张拉整体的索杆全张力穹顶结构形态分析[J]. 陆金钰,武啸龙,赵曦蕾,舒赣平. 工程力学. 2015(S1)
[10]张拉整体并联机构波浪能采集研究[J]. 纪志飞,李团结,林敏. 西安电子科技大学学报. 2015(04)
博士论文
[1]张拉整体结构形态问题的若干研究与优化分析[D]. 张沛.东南大学 2017
[2]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
[3]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]张拉整体结构多稳态找形分析及力学性能研究[D]. 伍艺.东南大学 2018
[2]对称预应力索杆体系形态构建及刚度特性研究[D]. 孙求知.东南大学 2018
[3]星型张拉整体结构构型和刚度分析[D]. 陆游.哈尔滨工程大学 2018
[4]三杆张拉整体结构扭转角度及拓扑分析[D]. 程建军.哈尔滨工程大学 2017
[5]连续折线索单元的理论分析及张拉整体塔结构试验研究[D]. 赵建波.天津大学 2006
[6]张拉整体结构的分析理论及其模型试验研究[D]. 符刚.浙江大学 2003
本文编号：3491429
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