整体张拉塔形结构的应用研究

摘要

本文以2010年上海世博会项目“绿色建筑结构体系关键技术研究”为依托，对新型张拉整体塔形结构的几何构成和受力性态进行了探索性研究。以著名雕塑家斯耐尔森的雕塑作品的发展过程为基础阐述了张拉整体塔桅结构的发展过程。根据几何多面体单元的构造和分类方法，构造出形成张拉整体塔形结构的基本多面体单元，并按其几何特征分为二类：简单型多棱柱单元和复合型阿基米德多面体单元。然后在对“张拉整体”的广义理解下，将模块化设计思想引入上述两类单元的张拉整体塔中，以简化找形过程。此外，引入了“广义型张拉整体单元”的定义，提出了由固接组合杆形成的多样化张拉整体单元。 设计了两种张拉整体塔，分别以复合型四面体和广义型立方八面体为基本单元，并对设计的张拉整体塔进行了非线性数值分析。在比较两种塔的位移情况后，进一步将立方八丽体塔增加缆绳设计成了一个张拉整体桅杆。 通过数值分析结果，说明了这种张拉整体塔形结构的特点和可能的应用范围。

目录

文摘

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第1章 绪论

1.1本课题选题的依据和意义

1.2国内外研究现状和发展动态

1.3本文的主要研究工作

第2章张拉整体结构单元的几何模型

2.1多面体单元

2.1.1五种正多面体

2.1.2十三种半规则多面体

2.1.3两组多面体系列

2.1.4半规则多面体的对偶

2.1.5平面和空间的划分

2.2张拉整体单元

2.2.1简单型张拉整体单元

2.2.2复合型张拉整体单元

2.2.3 X型张拉整体单元

2.2.4广义型张拉整体单元

2.3张拉整体塔结构和桅杆结构

2.3.1富勒的张拉整体桅杆结构

2.3.2简单型张拉整体塔结构

2.3.3复合型张拉整体塔结构

2.3.4简化后的简单型张拉整体塔

2.4本章小结

第3章张拉整体结构的找形方法

3.1初始平衡问题

3.2物理模型实验方法

3.3非线性有限元法

3.4动力松弛法

3.5几何分析法

3.6力密度法

3.6.1力密度法基本原理

3.3.2力密度法用于张拉整体结构

3.6.3扩展力密度法

第4章张拉整体结构的预应力设计

4.1理想预应力状态的设计原则与方法

4.2结构预应力的损失及其补偿方法

4.2.1锚固损失及其补偿

4.2.2摩擦损失及其补偿

4.2.3钢材的松弛与徐变

4.2.4温度改变对预应力损失的影响

4.3钢索的松弛与徐变损失的计算

4.4温度改变引起的预应力损失的计算

4.5本章小结

第5章张拉整体结构的静力分析方法

5.1张拉整体结构的小变形分析方法

5.1.1单元的弹性刚度矩阵

5.1.2单元的几何刚度矩阵

5.1.3单元刚度矩阵K°

5.1.4结构的总体刚度矩阵及刚度方程

5.2张拉整体结构的大变形分析方法

5.2.1单元弹性刚度矩阵的修正

5.2.2总的非线性单元刚度矩阵K°

5.2.3整体刚度矩阵与整体刚度方程

第6章复合型张拉整体塔桅结构设计

6.1结构形体分析

6.1.1复合型张拉整体四面体

6.1.2简化型张拉整体立方八面体

6.1.3简化后的复合型张拉整体塔

6.2预应力施加与静力分析

6.2.1复合型四面体单元组合塔

6.2.2简化型立方八面体单元组合塔

6.2.3简化型立方八面体单元组合桅杆

6.3本章小结

第7章结论和展望

7.1本文工作总结

7.2发展前景

致谢

参考文献

个人简历在读期间发表的学术论文与研究成果