摘要：为发挥张拉整体结构和索穹顶结构各自的特点,拟在张拉整体三棱柱单胞基础上,通过单胞的组合及拼装形成环形张拉整体结构,并用其替代穹顶结构底部的刚性环梁支承,形成一种完全自平衡的新型张拉整体式穹顶结构。采用商用软件MATLAB和ANSYS对环形张拉整体结构和张拉整体式穹顶结构进行初始预应力找形及协同找形研究,并在此基础上探究张拉整体式穹顶结构的力学性能。研究结果表明,将索穹顶结构内嵌于通过不同单胞组装而成的环形张拉整体结构,可满足多样化的设计需求;协同找形后索穹顶和与索穹顶相连的内环索的预应力大幅减小;结构整体稳定性满足规范要求且结构具有较好的刚度,但相比于张拉整体环,索穹顶部分的刚度较小,建议实际工程中可适当提高索穹顶部分的安全储备。

摘要：本文提出了一种求解张拉整体结构初始形态的可行预应力找形的新方法.根据已知结构的单元类型和几何拓扑关系,分别采用谱分解和奇异值分解的方法将结构体系的平衡矩阵和力密度矩阵分解,在此基础上进行循环迭代直至满足对应矩阵最小秩缺失的必要条件,以此寻找合适的节点坐标和力密度.基于空间六杆张拉整体结构算例结果,利用棉绞线和PVC管模拟拉压单元成功制作模型进行了结果验证.本文的算例分析和模型结果证实了该空间六杆张拉整体结构体系的合理性,为新型复杂张拉整体结构的构型研究提供了一条新的途径.

摘要：为解决给定张拉整体结构的可行力密度找形问题,本文提出一种基于二次奇异值分解的优化设计方法.该方法需事先根据结构的几何对称性对构件进行合理分组,并在此基础上重组平衡矩阵,通过奇异值分解法求解线性齐次方程组以获得满足要求的可行初始力密度.同时引入了切线刚度矩阵特征值的计算方法来检验张拉整体结构的稳定性.最后,基于空间十二杆张拉整体结构不同分组的计算结果,利用木棒和弹力绳模拟拉压单元制作模型,验证了结构形态的合理性及本文算法的有效性.

摘要：普通张弦桁架结构由于其具有受力合理、自重轻、施工便捷等优点,已被广泛应用于许多实际工程中并取得了良好的经济效益,但由于该结构体系自重较轻,在强风地区遭受风揭破坏的现象也时有发生。为避免此类现象的出现,减少经济财产损失,充分发挥张弦桁架结构自身的特性,提高其安全性和适用性,设计了一种适用于张弦桁架结构体系的弹簧杆装置,利用该装置可实现结构体系抵抗强风和承受常规荷载,满足张弦桁架结构在强风地区的使用要求。为深入研究该装置对结构性能提升的影响程度,进一步探索弹簧杆对结构受力特性的影响规律,以某跨度为150 m、高度为45 m、长度为160 m的张弦桁架结构为研究对象,利用商业有限元软件MIDAS/Gen,分析了弹簧杆装置的刚度、布置位置及布置角度等参数对结构受力性能的影响。首先介绍弹簧杆装置设计概念及构造,详细阐述其组成部分及工作原理,并说明在有限元软件中模拟该装置的方法。随后分别取弹簧刚度为20,50,100,300 kN/mm,并将各个刚度的弹簧杆依次布设在张弦桁架的第一道、第二道和第三道次桁架下,计算在特定荷载组合下结构的最大位移、最大应力和最大索力。最后设置弹簧杆与地面的夹角分别为30°、45°、60°和90°,计算在风荷载控制荷载组合下结构的最大位移,并且分析了弹簧杆布置对结构动力性能的影响。研究结果表明:1)在“1.3恒+1.5活”荷载组合下,弹簧杆装置刚度为100 kN/mm且布置在第二道次桁架下时,结构的最大位移、最大应力和最大索力比相应普通张弦桁架结构的分别下降了60.12%、34.68%和32.13%,说明该装置对结构抵抗恒、活荷载的作用明显,并且很大程度地降低了结构的应力和索力的大小,可以减小结构体系的负担;但当弹簧刚度大于50 kN/mm时,该装置对结构性能的提升作用不再明显。2)在“1.3恒+1.05活+1.5风”荷载组合下,弹簧杆装置与地面的夹角为30°时,结构的最大位移降低了54.77%,表明弹簧杆可有效降低风荷载对结构的影响。3)从结构的自振频率来看,除第一周期外,布设该装置的张弦桁架结构均比普通张弦桁架结构的自振周期小,可见该装置能增大结构的刚度。