【摘要】：張拉整體結(jié)構(gòu)因其在工程應(yīng)用中表現(xiàn)出的優(yōu)勢(shì),從出現(xiàn)到發(fā)展至今一直被廣為關(guān)注,成為結(jié)構(gòu)研究的前沿。本文在前人的研究基礎(chǔ)上,運(yùn)用非線性力學(xué)分析、數(shù)值模擬、有限元分析和過程控制優(yōu)化等方法,對(duì)折展環(huán)形張拉整體橋梁的形態(tài)問題、折展性能和折展過程控制進(jìn)行研究。梳理了張拉整體結(jié)構(gòu)找形理論,重點(diǎn)研究了張拉整體結(jié)構(gòu)的力密度找形方法,并對(duì)結(jié)構(gòu)的拓?fù)渚仃嚭土γ芏日倚吻蠼夤阶隽送茖?dǎo);運(yùn)用力密度法對(duì)張拉整體結(jié)構(gòu)N_(15)S_(15)C_(30)做了找形研究,求解力密度以尋找單元體桿件間的邏輯關(guān)系。簡述了張拉整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性判定理論,利用MATLAB將公式程序化,運(yùn)用這些穩(wěn)定性判定理論對(duì)折展環(huán)形張拉整體橋梁進(jìn)行了穩(wěn)定性分析,并對(duì)比不同判定理論的方法和判定結(jié)果,從中尋找適合判定折展環(huán)形張拉整體結(jié)構(gòu)的理論方法。以折展環(huán)形張拉整體橋梁的折展性能分析為目的,理論推導(dǎo)了張拉整體結(jié)構(gòu)N_(15)S_(15)C_(30)的折展過程索桿運(yùn)動(dòng)方程;運(yùn)用MATLAB對(duì)得到的N_(15)S_(15)C_(30)單元體的索桿折展運(yùn)動(dòng)方程中需求未知量做曲線擬合,尋找公共解,再利用尋優(yōu)手段找到最優(yōu)的路徑,同時(shí)利用Maple軟件的符號(hào)函數(shù)推導(dǎo)性能,驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的折展過程和運(yùn)動(dòng)方程曲面擬合結(jié)果的正確性;對(duì)張拉整體結(jié)構(gòu)N_(15)S_(15)C_(30)的折展構(gòu)型運(yùn)用有限元軟件ANSYS建模分析,并利用AutoCAD的碰撞檢查功能驗(yàn)證桿件碰撞;對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)荷載態(tài)靜力學(xué)性能進(jìn)行分析,得到橋梁跨度確定原則;利用ANSYS瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析得到橋梁結(jié)構(gòu)的折展構(gòu)型。對(duì)折展環(huán)形張拉整體橋梁折展過程控制研究,首先明確折展過程控制目標(biāo)和控制方式,對(duì)折展相合性的影響因素及影響程度分析;然后是橋梁折展相合性研究,利用施加導(dǎo)引索方式對(duì)折展過程控制進(jìn)行優(yōu)化;最后是研究橋梁控制構(gòu)型的錨固索角度對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。
【圖文】：

圖 1-1 Snelson 的雙 X 模型 圖 1-2 Needle Tower 張拉整體結(jié)構(gòu)研究綜述.1 張拉整體結(jié)構(gòu)找形與穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀張拉整體結(jié)構(gòu)構(gòu)型經(jīng)過找形確定，找形其實(shí)是通過找形理論計(jì)算確定張拉需要滿足自平衡的穩(wěn)定構(gòu)型的過程，對(duì)于張拉整體結(jié)構(gòu)而言，找形是需要的問題，張拉整體結(jié)構(gòu)具有三個(gè)狀態(tài)，即未施加預(yù)應(yīng)力的零狀態(tài)、施加預(yù)始態(tài)和荷載作用下的荷載態(tài)。張拉整體結(jié)構(gòu)發(fā)展早期，F(xiàn)uller[1]、Snelson[2多面體幾何學(xué)的知識(shí)來尋找合適的構(gòu)型。Pugh[13]總結(jié)幾何學(xué)找形得到的張構(gòu)并歸為 Z 形、環(huán)形和鉆石形三類。Connelly 和 Terrell 等總結(jié)出張拉整體分析方法的計(jì)算分析思路。Motor[7]345-349應(yīng)用 Maxwell 理論重點(diǎn)研究了平整體結(jié)構(gòu)體系的形態(tài)問題，提出張拉整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定構(gòu)型是幾何體的某一

Boeck[36]關(guān)于桿系橋梁的研究，，由工程師 MacDonald 制定建造方案，該橋并非傳統(tǒng)概念的張拉整體橋梁，雖然僅屬于類張拉整體結(jié)構(gòu)，但其設(shè)計(jì)理念卻在很大程度上體現(xiàn)了張拉整體的構(gòu)型思想。建筑師 Hollander 于 1998 年在荷蘭的皮爾默倫德建造了一座張拉整體橋梁，桅桿和甲板不是直接相連的，而是由受預(yù)應(yīng)力的拉索支撐。2002 年，在華盛頓國家博物館大廳建造由 Wilkinson Eyre 和 Arup 設(shè)計(jì)的一座連接不同畫廊的張拉整體橋梁（圖 1-4），延續(xù)著張拉整體思想在橋梁上的應(yīng)用。Jauregui 概述了張拉式結(jié)構(gòu)及其在建筑學(xué)上的應(yīng)用，提出了關(guān)于張拉整體在土木工程中進(jìn)一步應(yīng)用的建議是提出一個(gè)由幾個(gè)單一張拉整體單元體模塊組成的張拉整體橋梁，他將這座橋描述為一個(gè)短跨度的輕量級(jí)模塊化設(shè)計(jì)，這種結(jié)構(gòu)可以作為兩個(gè)建筑之間的連接單元使用，在現(xiàn)有建筑物的情況下，張拉式獨(dú)立結(jié)構(gòu)可能具有保持現(xiàn)有結(jié)構(gòu)完整而不需要加固的重要優(yōu)勢(shì)。Micheletti[37]研究小組提出了一個(gè)由張拉式模塊組成的人行天橋方案，人行天橋結(jié)構(gòu)是基于一系列基礎(chǔ)的張拉整體單元，如使用“擴(kuò)展的八面體”單元，通過單元體的拼接，形成了一個(gè)足以供人通過的正方形構(gòu)型，成為張拉整體橋梁應(yīng)用的又一重要形式。
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U441

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10 郝

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