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张拉整体人行桥形态优化与设计研究
| 论文题名： | 张拉整体人行桥形态优化与设计研究 |
| 关键词： | 人行桥;张拉整体结构;形态优化;力学性能 |
| 摘要： | 张拉整体结构的形态问题一直受到学者们的关注，形是指结构的形状，态是指结构处于某种形状下的内力分布和大小。张拉整体结构的形态分析是结构设计的基础，同时也是张拉整体结构设计的出发点。因此，本文围绕乐清市现代都市田园综合体建设项目中的玉箫路人行桥，即第一座完整意义上的张拉整体人行桥，对结构的形态和力学性能两个方面进行研究。 首先，基于有限变形理论，本文推导了二节点杆单元和梁单元在物质描述下的切线刚度矩阵，从而可进行大位移问题的结构分析。另外，围绕张拉整体结构的形态问题，本文对力密度法和动力松弛法的基本理论公式进行了推导，并比较两者的优缺点和适用范围。此外，提出基于图论中关联矩阵的显式组装平衡矩阵的方法，并且采用MATLAB软件编写线性找力分析程序。 其次，本文对张拉整体人行桥的体系构成进行分析。对30单元的二十面体张拉整体模块进行找力分析时发现：当两个平行杆件之间的间距为杆件长度的一半时，张拉整体模块存在一个独立自应力模态。因而本文拓展了二十面体张拉整体模块，发现31单元张拉整体模块具有较优的自应力分布，由此提出了由二十个张拉整体模块串列而成的张拉整体人行桥，并针对这种新颖的张拉整体结构，提出一种符号解析法应用于常态荷载工况下张拉整体人行桥的形态优化，其中包括对单个张拉整体模块包络的预应力设计的形态优化方法。 最后，采用SAP2000结构分析软件计算玉箫路人行桥的静力性能和动力特性，分析了张拉整体人行桥结构在不同荷载工况下的力学性能，从而评估结构的受力特点。采用ABAQUS有限元软件对人行桥的关键节点进行分析，评估节点的力学性能。本文工作丰富了张拉整体结构的基础理论，对促进张拉整体结构在我国大跨度空间结构中的实际工程应用有一定帮助。 |
| 作者： | 刘海 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 张志宏 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 上海师范大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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