浅谈半刚性结构的找形分析

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1、东南大学硕士学位论文半刚性结构的找形分析姓名：章传胜申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：冯健20070301半刚性结构的找形分析硕士生：章传胜导师：冯健教授摘要半刚性结构是指由刚性的钢杆件和戚钢梁、钢桁架和柔性的索，吊杆组成的空间结构，且其刚度贡献来自结构的组成、构件自身的刚度和预应力三个方面，如张弦梁结构和斜拉结构。我形分析是目前土木工程中应用和研究的热点之一。找形分析通常是指结构在给定边界几何或初始预应力分布的情况下，寻找满足建筑要求并具有足够承载能力和刚度的初始几何形状的过程，如索与膜等柔性结构的找形分析等。一般而言，这是与材质无关的寻找

2、合理几何形状的过程。半刚性结构的找形分析有别于柔性结构。如果结构刚度较大，一般可以忽略零状态与初状态的几何差异，这样直接求出索的初始应变或温度荷载，再施加于已知的零状态几何上即可得到初状态预应力分布：如果结构刚度偏小，一般设计给定结构初状态几何，需要反求结构零状态儿何，它属于通常意义上柔性结构找形分析的逆过程。对于半刚性结构，其找形分析包括了初始形态的确定以及结构优化两方面的内容。对于初始形态确定，又有两层含义：初状态预应力分布的确定和零状态几何的确定。预应力施．I：张拉过程与结构最终的几何和预应力分布是密切相关的，初状态的预应力分布决定了零状态的放

3、样几何，如何放样以达到图纸所要求的儿何是问题的关键。因此，确定半刚性结构的初状态预应力分布时，还必须确定相应的零状态几何，这样才能使初状态几何符合设计要求。本文主要探讨平¨研究半刚性结构的找形分析计算理论。第一，运用线弹性几何非线性理论知识对组成半刚性结构的索、杆、粱单元进行非线性分析，并对非线性方程组的解法加以介绍和分析．为半刚性结构找形分析方法的提出奠定了理论基础；第二，阐明半刚性结构找形分析的相关概念，提出区别于柔性结构的找形特点，并结合以往的柔性或半刚性结构的找形方法进行适当的评述和探讨，再针对半刚性结构中不同单元组成和刚度人小的结构特点，分

4、别阐述各自合适的找形理论和方法；第三，对半刚性结构中拉索的预应力实现模拟和计算方法进行评述，根据半同Ⅱ性结构成形过程的特点、几何非线性理论和刚度法理论，详述了拉索初始缺陷长度的求解方法一影响矩阵法和迭代法，前者理论比较完善，后者比较实用，本文对两者做了新的改进，得出改进的影响矩阵法和双重交叉迭代法，再综合两者的优点，并弥补各自的缺点，得出理论上更加完善、应用范围也更为广泛的影响矩阵迭代法，还提出承I解决了预应力找形和几何找形联合的找形问题，再基于索初始缺陷长度分析半刚性结构找形的施-l』过程，从而建立较为完善的预应力成形全过程分析理论体系：第四，根据

5、新的找形问题和理论方法，编制了相应的应用程序，并进行了工程算例验证，得出了一些有价值的结论。。论文最后对上述研究内容及成果做了进一步的总结，提出了进一步工作中需要解决的若干其它关键问题。关键词：半刚性结构，找形分析，张弦粱结构，斜拉结构。零状态，初状态第1页FORM—FINDINGOFTHESEMI—RIGIDSTRUCTURECandidate：ZHANGChuanshengSupervisor：Prof．FENGJianABSTRACTThesemi-rigidstn

6、ctureisapartofspatialstructurewhichisco

7、mposedoftherigidsteelpolesend／orsteelbe锄s，steeltrussandflexiblecable，stveve，itsstiffnesscontributionconsistofthebuildupofstructure，thestiffnessofitsmembersandprestress，suchasbeamstringstructureandcable-stayedstructure．Form—findinganalysisisahotissueofapplicationandstudyincivile

8、ngineeringatpresentForm—findinganalysisisgenerallytheprocessthatuodertheconditionofgiyencertainboundarygeometryandinitialprestressdistribution，initialgeometryshouldbeseekedwhichsatisfyarchitectandpossessenoughcarryingcapacityandstiffness，suchasform—findingofcablestructure，membr

9、anestructureandsoon．Generallyspeaking,theprocesstIlatr