基于塔形张力集成结构的平衡条件分析

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1、塔形张力集成结构的平衡条件分析培养单位一级学科二教学科研究生指导教师土木工程学院土木工程结构工程付维舟王人鹏副教授摘要张力集成结构可定义为一组不连续的受压构件(压杆)与一组连续的受拉构件(拉索)组成的空间网格结构。近些年，张力集成结构是建筑结构、航空、医学等领域研究的热门课题，但国内相关研究和技术还相对缺乏。本文的研究主要围绕塔形张力集成结构展开。简单的棱柱形张力集成单元按照特定的规律沿竖直方向组合生长，形成多层张力集成塔。塔的每一层即是一个棱柱形单元，所以研究张力集成塔，要首先研究棱柱形单元的张拉属性，之后再进行单元构成塔的组

2、合规律研究。对于张力集成这种柔性结构，其几何形态的保持有赖于预应力的施加，主要问题是找形问题，也就是寻找能使结构处于自平衡状态的特定几何条件和预张力条件。本文通过塔形张力集成结构数学模型的分析与结构计算软件相结合的办法，对张力集成单元、两层及多层张力集成塔进行较为详细的研究。目标是找出结构的几何形式、结构内力分布，以及不同预张力施加对塔形张力集成结构产生的影响。张力集成的找形分析有许多方法，本文在前人工作的基础上，将这些方法应用于具体的张力集成塔的平衡方程分析研究。其中，单元的分析主要运用了极值优化法和力密度法；对塔的研究主要运

3、用虚功原理；同时为了简化分析，考虑了塔形张力集成结构的各种几何对称性。本文利用结构计算软件SAP，对本文的结构分析结果，进行数值模拟。数值模拟初步验证了本文所给的分析结果的正确性，同时数值模拟的结果初步表明，通过控制一根或者几根索的预张力，可以使结构达到平衡状态。张拉结束后，各拉索张力比值不受预张力的大小和施加位置的影响，因此通过控制一根或者几根拉索来控制整个结构的展开是可能的。关键词：张力集成塔棱柱单元张力集成塔对称性几何条件预应力条件ABSTRACTTensegrityc勰bedefinedasanetworkconsist

4、ingofisolatedcompressionmembers(rigidbars)andcontinuoustensionmembers(cables)．Theseyears,tensegrityisapoptopicinmanyaresearchfieldsuchasbuildingstructure,aviation,medicineandsoon．Buttheresearchandtechnologyarecomparativelydeficientinourcountry．Thispaperpresentsastudy

5、oftensegritytowers．Multi-stagetensegritytowersareformedwithsimpleprismmoduleswhich啪grow叩verticallyaccordingspecialrules．Eachstageoftowerisaprismmodule，soweshouldknowtheconfigurepropertyofprismmodulebeforethestudyofconsistingmlesoftowers．Prestressesmustbeappliedtotens

6、ergrity,whichisasortofflexiblestructure,tokeepitsconfigurationsuperstable．Soform-findingisthemajorproblem,tofindthespecialgeometryandprestressableconditionofequilibrium．Inthispaper,mathematicandstructuralsoftwarecomputationarecombinedinamethodologyinfurtherstudyofpri

7、smmodules，twostagetower,multi-stagetoweraimedatfindingthegeometryandforcesofconfigurationandtheeffectofdifferentprestresses．Thereareseveralmethodsforform-findingoftensegrity．Thispaperappliesthesemethodswhicharefoundinformerresearchestosolutionsofequflibrinmconditiono

8、ftensegritytowersasexamples．Optimizationandforcedensitymethodsareusedinanalysisofprismmodules；energymethodinanalysisoftowers．Sortso