单元拼装式自平衡预应力网架结构分析

摘要

“单元拼装式自平衡预应力空间钢结构体系”是由自平衡基本单元构成的空间索杆体系。它介于悬索体系和杆件体系之间，结合了以上两种体系的优点，形成了新的结构形式。“单元拼装式自平衡预应力空间钢结构体系”克服了当前预应力空间钢结构体系的许多缺点。单元形式多样，空间结构不受形状的限制，可实现造型的个性化和多样化；整个结构能达到自平衡，不需依赖其它承重结构来抵消索系的预应力作用；具有较高的可靠度，个别杆件的失效不易引起整个结构体系的破坏；高强度材料可以得到充分的发挥；结构体系内压杆的长度较小，其稳定性容易得到保证。 本文以一个具体的翘曲形式的空间网架结构作为算例介绍单元拼装式自平衡预应力钢结构的应用。并利用大型有限元分析软件ANSYS对结构进行静力分析。并介绍基本单元杆件及节点的设计。 本文的主要工作是：①综述现有预应力空间钢结构的发展与类型，指出预应力网架结构存在的主要问题；②介绍了单元拼装式自平衡预应力结构体系的基本概念、工作机理、节点及杆件设计；③对预应力空间网架结构进行了有限元静力分析；④设计自平衡基本单元并形成翘曲式空间网架，通过ANSYS对其进行仿真分析，论证单元拼装式自平衡预应力结构体系在空间网架结构设计中应用的可行性；⑤总结了本文的主要成果并指出了需要进一步开展的工作。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1预应力空间钢结构简述

1.1.1预应力钢结构技术的概念

1.1.2预应力空间钢结构体系的分类及其特征

1.1.3预应力钢结构技术的种类

1.1.4施加预应力的主要方法

1.2预应力网架结构的分类和特点

1.2.1按施加预应力方法分类

1.2.2按网架结构形式分类

1.2.3按施加预应力次数分类

1.3预应力网架结构发展动态及单元拼装式自平衡预应力网架结构的提出

1.3.1预应力网架结构的发展与应用

1.3.2现有预应力网架结构存在的问题

1.3.3单元拼装式自平衡预应力结构体系的构想

1.4本章小节

2单元拼装式预应力空间钢结构体系

2.1单元拼装式自平衡式预应力体系的结构形式

2.2单元拼装式自平衡预应力结构体系预应力的建立与工作机理

2.3单元拼装式自平衡预应力结构体系的特点

2.4结构单元杆件和节点的设计

2.4.1杆件设计与构造

2.4.2螺栓截面设计

2.4.3单元内节点的设计及制作

2.4.4支座节点的设计及制作

2.5结构单元杆件和节点的设计

2.6单元拼装式预应力网架的试验分析

2.7本章小结

3预应力空间网架静力分析的有限元法

3.1基本假设

3.2单元刚度矩阵

3.3结构总刚度矩阵

3.4本章小结

4单元拼装式自平衡预应力空间网架结构仿真分析

4.1结构选型

4.2基本单元的设计

4.3材料选择

4.4构件设计

4.4.1基本单元构件设计

4.4.2支座设计

4.5 ANSYS结构仿真分析

4.5.1定义单元类型

4.5.2设置实常数

4.5.3建立模型

4.5.4施加约束

4.5.5施加预应力

4.5.6根据结构变形的需要调整局部预应力

4.5.7施加荷载阶段

4.5.8结果文件分析

4.6任意方向荷载的作用

4.7安装方法

4.8本章小节

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢