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本文研究工作以目前应用广泛且结构形式简单的张弦梁结构为研究对象,结合解析及数值方法,对大跨度索屋盖结构中的索力检测问题进行了探索性的研究,主要完成工作如下。
1.阐述了本文的研究背景及意义,综合国内外研究成果,总结了多种索力检测方法,并对各方法的原理、适用范围以及索力检测中尚存在的问题进行了讨论。
2.阐述了张弦梁结构的基本概念、特点、应用与研究现状。
3.根据静定张弦梁结构的力学特征,结合现代测试技术及节点静力平衡法则,提出了一种估算静定张弦梁结构下弦拉索索力的方法,并对方法的适用性等问题进行了讨论。
4.通过在结构上附加静力荷载引起附加静态位移,将问题转化为通过实测位移然后推算施工完毕阶段索的索力。依据此思路,共提出三种方法进行相互补充和验证。
◆基于节点静力平衡法则,通过实测位移和索力增量推算索力。
◆通过分析张弦梁结构整体受力特点,建立使用阶段张弦梁结构各构件内力与有限元求解整体刚度矩阵的相关关系。运用反问题求解方法正则化法,将问题转化为通过实测结构位移进行反求结构整体刚度,进而识别出索力。编制了通用有限元计算程序,并通过数值模拟算例对方法应用的识别精度、稳定性、附加位移选取等问题进行了讨论。
◆为简化识别模型,从张弦梁整体结构中只隔离出与拉索受力相关的构件作为研究对象。基于有限元方法,建立只与拉索索力有关的刚度矩阵,将与拉索相关的其它构件力作为拉索的外荷载输入。利用非线性识别问题全局最优解法——改进遗传算法,将问题转化为通过实测结构位移进行反求拉索刚度,进而识别出索力。编制了通用有限元计算程序,数值模拟算例验证了方法的可行性及数值稳定性。
5.分析张弦梁结构受力特点,首先选择张弦梁结构边索段为研究对象,建立了能够考虑抗弯刚度和边界条件影响的索振动分析模型,并推导得到相应频率方程。基于频率方程,进行数值迭代计算,研究了索的抗弯刚度和边界条件对拉索振动的影响规律。并通过算例讨论了迭代求解的误差敏感性问题。
6.基于对频率方程的数值迭代分析和曲线拟合,提出了一组索力简化计算方法。算例证明了方法的较好抗噪声能力,并提出减小误差的建议。