钢筋混凝土双曲壳体结构分析的空间曲杆刚架法及程序设计

论文摘要

钢筋混凝土壳体结构是内力分布较理想的结构之一,但由于其计算分析难度大、过程复杂,一些经典方法能求解的壳体又很少,并且没有与现行钢筋混凝土结构设计规范相配套的、方便实用的计算程序,所以未能得到较为广泛的应用。本课题提出了一种新的分析壳体内力的简化数值方法,并且编写了相应的计算程序,工程设计应用较为方便。 空间曲杆刚架法是从钢筋混凝土壳体结构应用的实际出发,对壳体结构内力分析提出的一种新的、简化和实用的数值方法。壳体空间曲杆刚架法是把壳体简化、离散成空间曲杆刚架结构,即将壳体离散成相互正交,斜交的空间曲杆单元组成的空间刚架,采用结构力学方法分析此空间曲杆刚架结构,当划分单元足够多时,此空间曲杆刚架的内力就接近于壳体内力,通过分析空间曲杆刚架结构的内力达到壳体内力分析的目的。因而它是分析壳体内力的一种简化数值方法,符合工程设计习惯,便于工程应用。 本文介绍了钢筋混凝土壳体结构基本知识及各种数值分析方法。重点阐述了空间曲杆刚架法的理论和程序设计问题,并以Visual Fortran 6.0为编译平台,针对壳体结构离散成的空间曲杆刚架系统的内力分析计算、配筋等问题编制出计算程序。通过一工程算例,进行了计算和分析,对工程应用问题进行了评述和分析研究,对所做的工作进行了总结。同时根据个人工作的体会,提出了今后研究的方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 问题的提出及国内外研究现状分析
• 1.3 课题主要研究内容
• 1.3.1 空间曲杆刚架法原理
• 1.3.2 空间曲杆刚架法的优点
• 1.3.3 空间曲杆刚架法分析壳体的步骤
• 1.4 本文的特点及技术关键
• 第2章 壳体简介
• 2.1 壳体结构的发展概述
• 2.2 壳体的分类与组成
• 2.3 壳体分析的数值计算方法
• 2.3.1 有限元法
• 2.3.2 有限条法
• 2.3.3 有限差分法
• 2.3.4 变分法
• 2.3.5 加权残值法
• 第3章 钢筋混凝土壳体模型及单元划分
• 3.1 概述
• 3.2 圆柱壳模型和单元划分
• 3.3 球穹壳体的模型和单元划分
• 3.4 双曲线壳体的模型和单元划分
• 第4章 空间刚架单元分析
• 4.1 概述
• 4.2 空间直杆单元的刚度方程及在单元坐标系的单元刚度矩阵
• 4.2.1 一般概念
• 4.2.2 空间杆件的刚度方程及单元刚度矩阵
• 4.3 空间曲杆单元的刚度方程及在单元坐标系的单元刚度矩阵
• 第5章 空间刚架整体分析
• 5.1 概述
• 5.2 坐标转换
• 5.3 结构总刚度矩阵的形成
• 5.3.1 后处理法
• 5.3.2 先处理法
• 5.4 荷载处理
• 5.4.1 结间荷载·等效荷载的形成
• 5.4.2 温度荷载的形成
• 5.4.3 体系荷载列阵的形成
• 5.5 支承条件的引入
• 5.5.1 支承处理方式
• 5.5.2 体系位移列阵的形成
• 5.6 结构刚度方程的建立与求解
• 5.7 杆端力[F]求解
• 5.8 结构配筋计算
• 5.8.1 弯矩最大值
• 5.8.2 杆件单元配筋
• 第6章 空间曲杆刚架法程序编制
• 6.1 概述
• 6.2 基本思路
• 6.3 程序流程
• 6.4 单元对号信息
• 6.4.1 结点对号信息
• 6.4.2 杆件单元对号信息
• 6.5 变带宽一维存贮
• 6.6 线性方程组求解
• 6.6.1 LDLT三角化分解
• 6.6.2 回代求解
• 6.6.3 变带宽存储时对三角化公式和回化公式的修改
• 6.7 结构的内力计算（杆端内力）
• 6.8 程序说明
• 第7章 算例分析
• 7.1 空间刚架的计算
• 7.1.1 空间刚架算例概况
• 7.1.2 数据输入
• 7.1.3 计算结果与精度分析
• 7.2 双曲壳体的计算
• 7.2.1 工程算例概况
• 7.2.2 算例模型与单元划分
• 7.2.3 荷载处理
• 7.2.4 支承处理
• 7.2.5 数据输入
• 7.2.6 算例的计算结果与分析
• 7.3 本程序特点
• 第8章 总结与展望
• 8.1 总结
• 8.2 存在的问题与展望
• 参考文献
• 致谢