基于非线性有限元的索穹顶施工模拟分析.pdfVIP

第19卷第4期 　 计 算 力 学 学 报 　 V o l. 19, N o. 4 2002 年 11 月 Ch in ese Journa l of Com puta t iona l M echan ic s N ovem b er 2002 文章编号:(2002) 基于非线性有限元的索穹顶施工模拟分析 沈祖炎, 　张立新 ( 同济大学 土木工程防灾国家实验室, 上海 200092) 摘 　 要: 索穹顶结构的成形和施工模拟分析是该体系的基础问题。由于包含着刚体位移的分析使得跟踪难度相 当大。本文采用了基于非线性有限元的施工过程分析, 适应性强、分析精度高, 避免了刚体位移假定。从而使得索 穹顶体系的成形过程、受荷状态的全过程分析方法获得了统一。通过与试验模型对比分析表明本文方法操作简 单且分析精度较高, 分析的结果能够很好地指导施工。 关键词: 索穹顶; 施工模拟; 非线性有限元; 初始位移设定 中图分类号: TU 393. 3; TU 394　　　 文献标识码: A 迭代次数, 本文采用了初始位移设定技术大大提高 1　引　言 了分析效率, 而且刚体位移分析方法也可以看成是 索穹顶结构的成形分析是该体系的基础核心 该方法的一个特例。 问题之一。目前, 很少文献涉及索穹顶体系的全过 程施工模拟分析。唐建民[ 1 ] 采用五结点索单元理 2　索穹顶体系非线性有限元理论 论结合刚体位移分析技术, 作了索穹顶结构的全过 2. 1　空间悬链线索单元刚阵 程施工模拟分析; 在此基础上, 袁行飞采用逆分析 只考虑几何非线性, 而假定材料始终处于弹性 的方法和桅杆刚体位移的假定作了索穹顶结构的 状态。索单元采用悬链线索单元模型, 桅杆和中央 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] 施工模拟并和试验作了比较 。罗尧治 则采用基 拉环或核心杆采用空间杆单元。H. B. J ayaram an 于奇异值分解并考虑几何非线性的力法作了索 在 1980 年推导了悬链线索元的刚度矩阵显式表达 杆张力体系的成形过程的模拟分析。前者采用非线 和迭代求解刚阵的方法, 并建立了已知索原长的 性有限元法, 其优点是分析精度高且与成形后的静 静、动力计算方法。单元的整体坐标系和局部坐标 力分析方法获得了一致, 但刚体位移分析需要假定 系的关系和各参数如图 1 所示: 1 , 2 为索元 节 F F i 杆元的运动轨迹, 给分析带来了复杂性。成形过程 点处在局部坐标中的张力分量; 3 , 4 为索元 节 F F j 的索元往往从松弛状态渐渐过渡为张紧状态, 是一 点处在局部坐标中的张力分量; T i , T j 为两节点处