索膜結(jié)構(gòu)體系受力性能的非線性有限元分析.pdf

1、膜結(jié)構(gòu)是近幾十年來出現(xiàn)的一種應(yīng)用較為廣泛的新型空間結(jié)構(gòu)形式，它由膜材、索和支撐體系共同構(gòu)成。膜結(jié)構(gòu)以其獨特的造型、富有張力的表現(xiàn)形式，以輕盈、美觀、施工速度快、可實現(xiàn)較大的跨度而為世界各地的建筑師們所青睞。然而，作為一種新型的結(jié)構(gòu)形式，膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計理念和分析方法與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)存在有較大的差異。 膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計分析一般可分為三個過程：找形分析、荷載分析和裁剪分析。其中荷載分析不僅檢驗找形階段的膜面找形結(jié)果和預應(yīng)力分布的合理性，而且為后

2、繼的裁剪分析提高了可靠的保障，是設(shè)計過程的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。荷載分析有三種方法：非線性有限元法、動力松弛法和力密度法。本文采用非線性有限元法，對點支承和剛性支承組合式、剛性骨架式及剛性邊界封閉式這三種形式的膜結(jié)構(gòu)進行了結(jié)構(gòu)性能的研究和力學性能的計算分析。 本文提出了以有限元為基礎(chǔ)的考慮膜支承體系的整體結(jié)構(gòu)協(xié)同作用的荷載分析法。根據(jù)虛位移原理，對索膜體系中的索、桿、膜、梁單元的力學模式進行了推導，針對索膜結(jié)構(gòu)明顯幾何非線性的特點，特別

3、考慮了整體協(xié)同作用下梁單元的非線性。然后合成總剛得出膜結(jié)構(gòu)整體分析的有限元方程，再利用Newton-Raphson法進行迭代求解得到方程的迭代式，從而在理論上實現(xiàn)了對結(jié)構(gòu)的整體分析。 本文根據(jù)提出的荷載分析法，檢驗了先期找形所得結(jié)果中結(jié)構(gòu)“形”與“態(tài)”的結(jié)合情況。通過對這3種形式膜結(jié)構(gòu)的幾何構(gòu)成分析及結(jié)構(gòu)形式的研究，探討了膜結(jié)構(gòu)這種新型空間結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計，突出體現(xiàn)了建筑和結(jié)構(gòu)相結(jié)合的設(shè)計理念。 本文以離散理論為基礎(chǔ)，以A

4、NSYS程序為實現(xiàn)手段，對3種膜結(jié)構(gòu)分別進行了計算分析，按照極限狀態(tài)理論計算了包括風、雪荷載在內(nèi)的5種荷載組合下結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、內(nèi)力和變形，并結(jié)合各種結(jié)構(gòu)自身的結(jié)構(gòu)特點，探求了結(jié)構(gòu)各自的受力和變形特征，根據(jù)計算分析的結(jié)果對相應(yīng)形式的工程進行總結(jié)，給出其典型的受力特點及設(shè)計中應(yīng)注意的問題,為今后的設(shè)計和施工提供相應(yīng)的經(jīng)驗積累。 本文探索了膜結(jié)構(gòu)整體分析在ANSYS程序中的非線性計算的實現(xiàn)方法，給出了程序分析時的技巧，解決了程序計算難的