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基本信息
目錄
序
前言
章 緒論 1
1.1 索桿張力結構概述 1
1.1.1 索桿張力結構的定義 1
1.1.2 索桿張力結構的力學特點 1
1.2 索桿張力結構的發展與工程應用 2
1.2.1 張拉整體結構 2
1.2.2 索網結構 4
1.2.3 索穹頂結構 7
1.2.4 輪輻式張力結構 8
1.3 索桿張力結構的分析理論與設計方法研究 11
1.3.1 體系分析 11
1.3.2 形態分析 13
1.3.3 構件重要性評估 16
1.3.4 誤差敏感性分析和索長誤差限值的計算 18
1.3.5 張拉成形分析 20
1.4 本書的主要內容 22
第2章 分析理論體系 23
2.1 引言 23
2.2 張力結構的狀態與過程 24
2.2.1 張力結構的狀態 25
2.2.2 張力結構的過程 26
2.3 張力結構的理論體系 26
2.4 本章小結 27
第3章 體系分析理論與數值方法 28
3.1 引言 28
3.2 基于平衡矩陣的體系分析 28
3.2.1 平衡方程 28
3.2.2 平衡方程求解 31
3.2.3 數值算例 34
3.3 基于冗余度的體系分析 36
3.3.1 冗余度 36
3.3.2 桿系結構冗余度理論 36
3.3.3 桿系結構冗余度算例 39
3.4 考慮預應力的冗余度體系分析 44
3.4.1 索桿冗余度理論 44
3.4.2 索網冗余度算例 47
3.4.3 索桿張力結構冗余度算例 49
3.5 基于分布式不定值的體系分析 54
3.5.1 分布式靜不定 55
3.5.2 分布式動不定 57
3.5.3 算例 59
3.6 分布式冗余度 61
3.6.1 分布式冗余度理論推導 61
3.6.2 冗余度特性與體系分析 64
3.6.3 算例 66
3.7 分布式不定值分析與分布式冗余度分析比較 68
3.7.1 分布式靜不定與分布式彈性冗余度的比較 68
3.7.2 分布式動不定與分布式幾何冗余度的比較 69
3.7.3 棗莊體育場罩棚的體系分析 69
3.8 本章小結 75
第4章 找力分析理論與數值方法 77
4.1 引言 77
4.2 基于線性調整理論的找力法 77
4.2.1 線性調整理論基本原理 77
4.2.2 找力法公式推導 79
4.2.3 算例 80
4.3 基于平衡矩陣的找力法 83
4.3.1 平衡矩陣理論 83
4.3.2 奇異值分解法 84
4.3.3 算例 84
4.4 基于復位平衡迭代的找力法 87
4.4.1 復位平衡法基本理論 87
4.4.2 復位平衡迭代法 89
4.4.3 算例 91
4.5 基于二次奇異值的找力法 93
4.5.1 基于分布式靜不定的分組方法 94
4.5.2 二次奇異值法原理 95
4.5.3 算例 96
4.6 基于投影的找力法 97
4.6.1 歐幾里得范數 98
4.6.2 投影矩陣 99
4.6.3 整體可行預應力 100
4.6.4 算例 101
4.7 本章小結 105
第5章 找形分析理論與數值方法 106
5.1 引言 106
5.2 力密度法 106
5.2.1 節點力密度方程 107
5.2.2 索桿結構力密度方程 107
5.2.3 T單元 108
5.2.4 算例 109
5.3 動力松弛法 113
5.3.1 基本方程 113
5.3.2 節點不平衡力 114
5.3.3 數值算法 115
5.3.4 算例 115
5.4 非線性有限元法 118
5.4.1 索桿結構的非線性有限元方程 118
5.4.2 空間梁單元幾何剛度矩陣 118
5.4.3 小彈性模量找形 119
5.4.4 算例 120
5.5 協同找形分析 122
5.5.1 協同找形分析基本思路 122
5.5.2 算例 123
5.6 本章小結 125
第6章 預應力分析與優化方法 127
6.1 引言 127
6.2 柔性分析 127
6.2.1 柔性橢球 127
6.2.2 柔性橢球的應用及程序 130
6.2.3 算例 132
6.3 預應力優化方法 140
6.3.1 平衡矩陣奇異值分解和復位平衡聯合算法 140
6.3.2 算例 141
6.4 預應力水平優化 144
6.4.1 預應力水平系數 144
6.4.2 算例 144
6.5 本章小結 146
第7章 預張力釋放和導入分析方法 147
7.1 引言 147
7.2 預張力釋放與零應力態分析 148
7.2.1 線性協調矩陣廣義逆法 148
7.2.2 非線性協調矩陣廣義逆法 150
7.2.3 算例 151
7.3 預張力導入與預應力態分析方法 153
7.3.1 基本理論 153
7.3.2 可行初始應力 156
7.3.3 預張力導入控制方法 157
7.3.4 算例 157
7.4 本章小結 163
第8章 靜荷載響應分析方法與結構靜力特性分析 164
8.1 引言 164
8.2 基于小勢能的靜力非線性分析方法 164
8.2.1 小勢能法基本原理 165
8.2.2 小勢能法計算方法 167
8.2.3 小勢能法計算流程 170
8.2.4 算例 170
8.3 索網罩棚結構靜力特性分析 173
8.3.1 索網罩棚結構分析模型 173
8.3.2 靜力特性與參數分析 174
8.4 索穹頂結構靜力特性分析 178
8.4.1 索穹頂結構模型 178
8.4.2 靜力特性與參數分析 179
8.5 輪輻式張力結構靜力特性分析 184
8.5.1 輪輻式張力結構模型 184
8.5.2 靜力特性與參數分析 186
8.6 本章小結 193
第9章 動荷載響應分析方法與結構動力特性分析 194
9.1 引言 194
9.2 索桿結構動力特性分析方法 194
9.2.1 模態分析方法 194
9.2.2 基于模態補償的風振頻域分析方法 195
9.2.3 自回歸脈動風振時域分析方法 200
9.3 索桿張力結構模態分析 203
9.3.1 索網模態分析 203
9.3.2 索穹頂模態分析 207
9.4 索桿張力結構風振響應特性分析 211
9.4.1 基于頻域索網風振響應特性分析 211
9.4.2 基于時域索穹頂風振響應特性分析 218
9.5 本章小結 227
0章 構件與節點重要性分析方法 229
10.1 引言 229
10.2 構件重要性 230
10.2.1 基于剛度的構件重要性系數 230
10.2.2 基于能量分布的構件重要性系數 231
10.3 節點重要性 232
10.3.1 基于剛度的節點重要性系數 232
10.3.2 概念移除和結構響應指標 233
10.4 棗莊體育場構件與節點的重要性評估 233
10.4.1 構件重要性評估 235
10.4.2 節點重要性評估 239
10.5 本章小結 242
1章 索長誤差影響分析方法 244
11.1 引言 244
11.2 索長制作誤差分析 244
11.2.1 值分布理論 245
11.2.2 漸進分布理論 245
11.2.3 正態分布值分布模型 245
11.2.4 索長制作誤差極值模型與計算 247
11.2.5 索長制作誤差對索穹頂體系的影響 248
11.3 索長誤差敏感性分析和索長誤差限值的計算方法 252
11.3.1 基于索長誤差的索桿張力結構體系敏感性分析 253
11.3.2 基于可靠度指標的索長誤差限值計算方法 256
11.3.3 棗莊體育場的索長誤差敏感性分析和索長誤差限值計算 259
11.3.4 基于可靠度指標的索長誤差限值 266
11.4 本章小結 268
2章 張拉成形模擬方法與數值分析 269
12.1 引言 269
12.2 基于兩節點單元的索桿結構張拉成形模擬方法 269
12.2.1 兩節點索桿單元 270
12.2.2 生死單元 272
12.2.3 索桿和外部結構協同張拉步驟 272
12.2.4 算例 273
12.3 廣義逆非線性有限元張拉成形模擬方法 278
12.3.1 廣義逆矩陣 278
12.3.2 基于廣義逆的索桿結構張拉步驟和程序流程圖 279
12.3.3 算例 280
12.4 基于動力松弛法的張拉成形模擬方法 283
12.4.1 動力松弛法張拉成形原理概述 283
12.4.2 考慮周邊環梁的節點不平衡力 283
12.4.3 算例 285
12.5 基于非線性力法的張拉成形模擬方法 290
12.5.1 非線性力法張拉成形基本理論 290
12.5.2 基于非線性力法的施工張拉成形步驟和程序框圖 292
12.5.3 算例 293
12.6 基于向量式有限元的張拉成形模擬方法 299
12.6.1 向量式有限元基本原理 299
12.6.2 基于向量式有限元的索桿結構張拉方法 301
12.6.3 算例 302
12.7 本章小結 305
3章 索桿張力結構工程設計應用 306
13.1 引言 306
13.2 索桿張力結構工程設計 306
13.3 索網結構 309
13.3.1 中國航海博物館索網結構 309
13.3.2 索網結構典型細部設計 312
13.4 索穹頂結構 314
13.4.1 索穹頂結構工程應用 314
13.4.2 索穹頂結構典型細部設計 318
13.5 輪輻式結構 319
13.5.1 輪輻式結構工程應用 319
13.5.2 輪輻式結構典型細部設計 323
13.6 本章小結 324
參考文獻 325
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索桿張力結構的構成和力學機理決定其本質的特點為力與形的統一性、相關性、非保守性。索桿張力結構是力和形的統一體，力是維持形的基礎，形是力的表現。根據索桿張力結構固有的力學機理，其呈現出特有的拓撲和幾何形態，可適用于土木工程、航空航天、生物仿生、智能機器人等領域，索桿張力結構應用于不同領域既有差異化個性，也有基礎的共同屬性。《索桿張力結構設計分析理論方法與工程應用》結合作者近20年的基礎研究和工程應用研究，力求系統地構建索桿張力結構的理論方法體系，在突出具有共性的設計分析理論方法的基礎上，又包含了典型索桿張力結構體系的結構特性分析、結構工程設計等內容，涉及索網、索穹頂、輪輻式張力結構等結構形式。
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