索膜结构的形态分析研究

论文摘要

索膜结构是一种新型空间结构体系，其具有重量极轻、能够覆盖很大跨度、结构效率很高且建筑造型丰富多彩等特点，因而索膜结构建筑受到人们的广泛青睐并在全世界范围内迅速得到广泛应用。索膜结构的设计主要包括体形设计、初始平衡形状分析（形态分析，又称为找形分析）、荷载分析、裁剪分析等。正确的形态分析是整个索膜分析设计阶段的基础，对于下一步进行荷载分析和裁剪分析尤为重要，是保证膜结构设计计算正确的前提，直接关系到整个工程体系是否受力合理、造型美观和具有经济性等。索膜分析设计中一些重要参数（索与膜的预张力、膜面张拉刚度、索膜张力比等）的取值与形态分析的正确性、合理性密切相关，因此，在形态分析中如何控制这些参数的合理取值成为整个设计过程中的重要环节。索膜结构建筑工程实例中，常发生膜面的褶皱、松弛以及撕裂等问题。因而，在形态设计阶段过程中如何避免出现此类不良现象具有重要的意义。本文简述了膜材和索膜结构的特征及索膜结构的设计要点；通过推导及对比索膜结构形态分析的设计理论（非线性有限元法、力密度法和动力松弛法）得出三种方法的优缺点，并说明了迭代方程和收敛准则，故在设计中应结合结构的特点而采用不同的分析理论使其更具有针对性；分析探讨了杨氏模量问题，且结合非线性有限元法提出了张拉膜结构找形的综合改进法，使结构得到的找形结果较为理想；对典型算例进行软件模拟分析，得出了杨氏模量、索与膜的初始预张力及比值、结构的矢跨比和膜材的张拉刚度等参数对找形结果的影响规律，从而为实际工程提供建设性的意见或建议；探求了索膜结构常出现褶皱、松弛、撕裂等问题的原因，并给出了其解决办法，进而避免在实际的工程中出现此类不良问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 索膜结构的发展概述
• 1.1.1 国外
• 1.1.2 国内
• 1.2 索膜结构的特点及类型
• 1.2.1 特点
• 1.2.2 类型
• 1.3 膜材的类型及特征
• 1.3.1 织物性膜材
• 1.3.2 热塑性膜材
• 1.4 本文研究的主要内容
• 1.5 本文研究的目的与意义
• 第二章 索膜结构的设计过程
• 2.1 索膜结构的选型
• 2.1.1 膜面的形状
• 2.1.2 支撑体系
• 2.2 索膜结构的建筑设计
• 2.3 索膜结构的结构设计
• 2.3.1 初始形态分析
• 2.3.2 荷载分析
• 2.3.3 裁剪分析
• 2.3.4 联系
• 2.4 索膜结构的连接构造
• 2.5 本章小结
• 第三章 索膜结构的形态分析设计理论
• 3.1 引言
• 3.2 非线性有限元法
• 3.2.1 基本原理
• 3.2.2 迭代方法
• 3.2.3 收敛准则
• 3.2.4 非线性有限元找形方法
• 3.2.5 特点
• 3.3 动力松弛法
• 3.3.1 基本原理
• 3.3.2 特点
• 3.4 力密度法
• 3.4.1 基本原理
• 3.4.2 特点
• 3.5 三种分析理论方法的比较及存在问题
• 3.6 典型算例分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 索膜结构的杨氏模量问题分析研究
• 4.1 引言
• 4.2 零弹性矩阵
• 4.3 杨氏模量问题
• 4.3.1 小弹性杨氏模量
• 4.3.2 零杨氏弹性模量
• 4.3.3 真实弹性杨氏模量
• 4.4 二次找形法
• 4.5 索膜结构找形的改进综合法
• 4.6 典型算例分析
• 4.7 本章小结
• 第五章 索膜结构的找形结果影响因素分析研究
• 5.1 预张力及比值对找形结果的影响分析研究
• 5.1.1 索膜预张力取值的一般规定
• 5.1.2 典型算例分析
• 5.2 张拉刚度对找形结果的影响分析研究
• 5.3 边界条件对找形结果的影响分析研究
• 5.4 本章小结
• 第六章 膜材的撕裂及褶皱等问题分析研究
• 6.1 引言
• 6.2 自然和人为因素引起的膜面撕裂
• 6.3 褶皱的判断与处理
• 6.3.1 膜单元的褶皱判断及处理
• 6.3.2 索单元的褶皱判断及处理
• 6.4 典型算例分析
• 6.5 工程中其他常见类似事故
• 6.5.1 火灾
• 6.5.2 污渍和色差
• 6.5.3 金属锈蚀
• 6.6 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 本文主要结论
• 7.2 后续工作与展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士研究生期间发表的学术论文