空间索桁结构大位移分析的实用方法

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结构几何非线性问题的特点在于必须依照体系变形后的位形来建立结构平衡方程.常用的几何非线性问题分析方法有:总体Lagrange列式(TL法)、修正Lagrange列式(UL法)与随动坐标列式(CR法).相较而言,随动坐标列式(CR法)是应用较少的一种方法.该文以具有较强的几何非线性特征的空间索桁结构静力问题为研究对象,对随动坐标列式(CR法)进行了研究,并采用了一种新的迭代算法,编制了几何非线性分析程序.首先,采用随动坐标列式推导了平面梁—柱单元几何非线性分析基本方程,并考虑了P-△效应的影响.以此为基础,通过自由度释放得到了随动坐标列式的平面杆单元非线性分析基本方程.通过这些工作,了解了随动坐标列式分析结构几何非线性问题的一般过程,并就杆单元P-△效应的问题进行了讨论,分析比较了采用CR法与TL法在对杆单元非线性分析时表述形式上的差异.其次,提出了一种简化方法,通过直接在杆件变形后的位形上建立整体坐标系内单元的平衡方程,得到了随动坐标列式的单元平衡方程.采用这种简化方法,推导了平面、空间杆单元与预应力索单元几何非线性的基本方程.第三,采用了不同于Newton-Raphson方法的一种新的迭代算法,用FORTRAN90语言编制了平面、空间桁架与预应力索桁结构几何非线性分析程序.这种新迭代算法的特点在于结构刚度矩阵一次形成,在迭代的过程中保持不变;每一个迭代步中,只处理结构平衡方程右端的等效荷载向量.算例结果证实了这种新迭代算法的正确性与有效性.
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