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索网结构是从悬索结构发展而来的一种结构体系。悬索结构形体简单,索间距较大(稀疏布索),维护系统构件大,在世界广泛用于大跨,我国上世纪八、九十年代也建成多座体育场馆。索网结构可适应复杂形体,索网格间距小(密索布置),维护系统简洁,但是索网结构要求复杂的设计分析理论和方法、精密制造技术和精确安装控制等,所以,仅在德国应用较多,我国近几年才开始应用于一些玻璃结构。
初始网格的确定是索网结构设计的第一步,也是十分关键的一步。基于建筑形体设计建立的网格需要确定合理的张力来实现,以满足结构性能要求,因此,找力分析方法就是索网设计分析理论研究的重要课题。目前,相关研究文献较少。
本文首先研究了基于非线性有限元原理、采用复位迭代的计算方法(复位平衡法)。然后研究了基于力法平衡方程平衡矩阵分解的线性自应力模态组合方法,采用奇异值分解求平衡矩阵的自应力矢量。最后研究了两种方法组合的混合方法,以线性结果作为初始力进行非线性迭代分析。根据这些方法,编制了Matlab程序,通过数值分析算例证明了程序的正确性以及方法的有效性。
最后,本文进行了马鞍形双曲索网模型试验,试验模型平面尺寸为1.8mX1.8m。通过分步分级悬挂砝码加载来控制索张力,测出了成形过程15个平衡形态和最终平衡形态,通过与数值计算结果比较,证明了试验方法的有效性。