空間索膜結構的力密度法靜力分析研究.pdf

1、張拉膜結構是近幾十年逐漸發(fā)展起來的一種新型的張拉整體結構，在我國正得到日益廣泛的應用。張拉膜結構的形狀與內力是相互耦合的，所以靜力分析包括找形與荷載分析，是研究此類結構的基本問題，其目的是求解結構平衡時的幾何形狀及其對應的內力。而在靜力分析中，膜結構與支承結構的相互作用問題也是膜結構設計的難點與關鍵之一，它關系到計算的結果是否準確合理、結構的強度和剛度是否可以滿足建筑的安全性要求等。我國的《膜結構技術規(guī)程》已建議“對于可能產生較大位移的

2、支承點，在計算中應考慮支座位移的影響，與支承結構一起進行整體分析”，因此很有必要對膜結構與支承結構在找形與荷載分析過程的相互作用問題進行深入的分析和研究?！　”疚囊粤γ芏确榛A，采用應力等效與剛度等效方法，將膜結構離散成經緯向的索網結構進行靜力分析，針對按傳統(tǒng)力密度法找形公式編程時求解速度慢的缺點，首次提出了“單元力密度矩陣”與“整體力密度矩陣”的概念，對力密度法的編程進行了改進，大大提高了運算速度。通過編制的力密度法找形程序，研究

3、了膜結構經緯向應力比、索膜應力比與初始平衡形狀、支座反力之間的關系；對于體形復雜的組合膜結構，本文采用“T單元”的概念解決這種組合膜結構柔性邊界的“鋸齒”問題。而且，還推導了“T單元”的單元力密度矩陣。通過算例，證明了該法的可行性與程序的正確性。 為了在找形計算中考慮支承結構與膜結構的相互作用，也就是考慮膜結構與支承結構在支承節(jié)點處的位移協(xié)調的問題，本文推導了基于力密度法的膜結構與彈性索桿支承結構的整體找形的基本方程，編制了整體

4、找形分析程序。通過具體算例，對支承結構分別為拉壓桿組合形式、拉索形式以及飛桿形式的膜結構進行了整體找形分析，并與沒有采用整體分析的找形結果進行了比較，得出一些規(guī)律性的結論；推導了基于力密度法的膜結構與彈性梁柱支承結構的整體找形的基本方程，其中梁單元也采用了有限變形理論，考慮了梁單元的幾何非線性效應。給出了非線性方程組的迭代求解公式，編制了膜結構與支承梁柱結構的整體找形分析程序。通過算例分析，考察了整體分析與非整體分析對結構的影響；推導了

5、基于力密度法的膜結構與彈性梁、桿等混合支承結構的整體找形基本方程，其中梁單元也采用了有限變形理論，考慮了梁單元的幾何非線性效應。給出了非線性方程組的迭代求解公式，編制了整體找形分析程序，對算例的結果進行了分析。 建立了將膜的彈性模量等效為索元彈性模量的剛度等效公式，并將膜結構面荷載轉換成膜的等效節(jié)點荷載，從而采用索網模型對張拉膜結構進行建模；提出了荷載分析中褶皺的處理及計算方法，根據空間索元幾何非線性有限元的U.L.列式法，編制