边索滑移情况下的张拉膜结构施工成形过程模拟分析

作     者：吴寒 

作者单位：南昌大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张纯

授予年度：2016年

学科分类：08[工学] 081402[工学-结构工程] 0814[工学-土木工程] 

主      题：张拉式膜结构 弹簧质点模型 几何非线性 索膜滑移 施工全过程模拟 

摘      要：索膜结构是一种新型的空间结构形式。与传统刚性结构不同,索膜结构的刚度、合理形态主要是通过结构体内合理的预应力分布来保证的。施工过程中,索膜滑移、施工误差等因素均会造成索膜结构的预应力分布与设计预期存在较大差异,进而使得膜面出现褶皱、甚至破坏。为准确实现索膜结构的设计目标,需要在考虑索膜滑移的情况下,采用简明高效地计算方法,对索膜空间结构施工成形全过程进行模拟分析,从而进一步完善索膜结构设计理论、改进施工方法。在进行索膜结构张拉过程分析时,为避免传统有限元方法计算大、收敛性不佳等困难,也为了更简明地处理索膜滑移现象,本文将本课题组前期提出的含有三个附加节点的弹簧质点模型(MSMTN)应用于张拉式索膜结构的变形模拟,并进一步提出了索膜滑移处理方法,从而实现了索膜滑移情况下的索膜结构张拉过程分析。具体研究工作如下:1.将含三个附加节点的弹簧质点模型引入索膜结构体系的施工仿真分析中,基于MSMTN,建立了适用于索膜结构计算分析的大变形增量算法;2.基于弹簧质点模型,提出了索在中间支座上滑移的计算模拟方法,即通过保持索、支座共节点,改变滑移索单元原长的方法来模拟索滑移过程,有效避免了索滑移后单元重划的困难;进而建立了索膜空间结构施工过程中的索膜滑移迭代计算分析方法;3.基于MSMTN模型,建立了张拉式膜结构施工张拉全过程分析计算方法,并针对典型马鞍形索膜空间结构,在考虑索膜滑移的情况下,分析了施工过程中索膜结构的空间结构形态、结构应力状态的变化情况;4.在完成索膜空间结构施工成形过程分析的基础上,重点分析了考虑索膜滑移时,边索施工误差、不同预设预应力对索膜结构施工成形过程的影响。本文利用弹簧质点模型,讨论了膜结构设计与施工的联系,研究了施工过程中索膜滑移、索系施工误差以及不同初始预应力等对大跨度索膜空间结构受力状态的影响;研究成果将有助于进一步完善索膜空间结构的设计理论及施工过程分析方法。