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1 绪论 1

1.1 可展结构的概念 1

1.2 国内外研究现状与分析 4

1.2.1 可展结构的历史 4

1.2.2 可展结构理论研究 4

1.2.3 单元构架式可展结构 7

1.2.4 折叠网格结构 9

1.2.5 索杆式可展结构 12

1.2.6 可展张拉整体结构 13

1.3 本书的结构安排 15

2 成角度剪式单元及其连杆机构的可动性分析 17

2.1 几何学方法 18

2.1.1 径向可动的几何条件 18

2.1.2 剪式单元的运动轨迹分析 20

2.2 螺旋互易定理简介 21

2.2.1 运动和约束的螺旋描述 21

2.2.2 螺旋互易定理 21

2.3 剪式单元的可动性判断 22

2.3.1 Hoberman单元 24

2.3.2 GAE1单元以及非交叉剪式单元 26

2.3.3 GAE2单元 27

2.4 基于体系约束Jacobian矩阵的自由度分析方法 28

2.4.1 刚性约束条件 28

2.4.2 铰接节点约束条件 29

2.4.3 成角度剪式单元约束条件 29

2.4.4 边界约束条件 29

2.4.5 系统约束方程 29

2.4.6 计算流程 30

2.5 基于成角度剪式单元平面连杆机构的自由度分析 30

2.5.1 Hoberman连杆机构 30

2.5.2 You和Pellegrino等腰三角形连杆机构 32

2.5.3 You和Pellegrino相似三角形连杆机构 33

2.5.4 非交叉单元连杆机构 34

2.6 基于平行四边形法则的平面连杆机构 36

2.7 本章小结 37

3 连杆机构运动过程中运动奇异点分析 39

3.1 基于螺旋互易定理的运动奇异点判断 39

3.1.1 平面四连杆机构的可动性 39

3.1.2 运动奇异点判断 41

3.2 矩阵分析法 41

3.2.1 运动学描述 41

3.2.2 闭环连杆机构 43

3.3 一阶分析 44

3.3.1 预测步 44

3.3.2 修正步 46

3.3.3 计算结果 47

3.4 二阶分析 47

3.4.1 理论推导 47

3.4.2 计算结果 49

3.5 本章小结 50

4 径向可开启屋盖结构的运动过程研究 51

4.1 二维体系的运动特性 51

4.1.1 几何分析 51

4.1.2 运动界线 54

4.2 三维体系的几何分析 55

4.3 受力性能分析 56

4.3.1 基本模型 56

4.3.2 计算结果 57

4.4 运动过程分析 58

4.4.1 基本模型的运动过程分析 58

4.4.2 初始缺陷的影响 61

4.4.3 矢跨比的影响 62

4.5 具有固定支座体系的几何设计 64

4.6 本章小结 65

5 径向展开式索撑网壳结构受力性能研究 66

5.1 基本模型 66

5.1.1 几何构形 66

5.1.2 索撑网壳单元的基本力学特性 67

5.1.3 有限元模型 68

5.2 静力特性分析 69

5.2.1 索撑网壳与普通网壳的静力特性分析 70

5.2.2 矢跨比对结构静力特性的影响 71

5.2.3 钢杆件截面对结构静力特性的影响 72

5.2.4 索截面对结构静力特性的影响 73

5.2.5 索初始预应力对结构静力特性的影响 74

5.3 结构参数对弹塑性极限承载能力的影响 74

5.3.1 矢跨比对弹塑性极限承载能力的影响 76

5.3.2 钢杆件截面对弹塑性极限承载能力的影响 77

5.3.3 索截面对弹塑性极限承载能力的影响 78

5.3.4 索初始预应力对弹塑性极限承载能力的影响 78

5.4 索撑网壳的缺陷稳定性分析 80

5.4.1 缺陷模式对弹塑性极限承载能力的影响 80

5.4.2 缺陷大小对弹塑性极限承载能力的影响 82

5.5 本章小结 83

6 折叠网架结构的受力性能及其运动过程研究 85

6.1 几何设计 85

6.1.1 平面四连杆机构 85

6.1.2 折叠网架结构 86

6.2 折叠网架结构受力性能分析 87

6.2.1 计算模型 87

6.2.2 折叠网架结构的极限承载力分析 88

6.3 初始缺陷对结构极限承载力的影响 89

6.4 折叠网架结构的运动过程分析 90

6.4.1 理想结构的运动过程分析 90

6.4.2 有初始缺陷结构的运动过程分析 91

6.4.3 初始缺陷大小对折叠网架折叠完成时最大应力的影响 91

6.5 本章小结 92

7 基于剪式单元网壳结构的运动过程及其承载能力分析 93

7.1 体系介绍 93

7.2 基本模型 94

7.3 柱面索拉网壳施工过程分析 95

7.4 结构参数对柱面索拉网壳施工过程影响 97

7.4.1 矢跨比对柱面索拉网壳施工过程影响 98

7.4.2 钢杆件截面对柱面索拉网壳施工过程影响 99

7.4.3 单元网格长宽比对柱面索拉网壳施工过程影响 100

7.4.4 外扩跨度对柱面索拉网壳施工过程影响 101

7.5 柱面索拉网壳弹塑性极限承载能力分析 102

7.6 结构参数对结构极限承载能力的影响 104

7.6.1 矢跨比对结构极限承载能力的影响 104

7.6.2 钢杆构件截面对结构极限承载能力的影响 105

7.6.3 索截面对结构极限承载能力的影响 105

7.6.4 索初始预应力对结构极限承载能力的影响 106

7.6.5 单元网格长宽比对结构极限承载力的影响 107

7.6.6 外扩跨度对结构极限承载力的影响 108

7.7 其他材料对结构施工过程的影响 108

7.8 本章小结 109

8 索杆张力结构的初始预应力水平设计 110

8.1 基本理论 110

8.1.1 平衡矩阵 110

8.1.2 结构稳定性分析 111

8.1.3 初始预应力的确定 112

8.2 算例分析 114

8.2.1 平面索杆结构 114

8.2.2 张拉整体结构 116

8.2.3 空间索杆结构 118

8.3 本章小结 122

9 考虑约束条件的索杆张力结构找形研究 123

9.1 能量法 123

9.1.1 理论基础 123

9.1.2 力密度法的缺点 124

9.1.3 能量法 125

9.2 计算流程 126

9.3 算例 127

9.3.1 平面索杆结构 127

9.3.2 索穹顶结构 129

9.3.3 空间索桁结构 132

9.4 本章小结 136

10 索杆式折叠帐篷结构的受力性能研究 137

10.1 基本力学特性 137

10.1.1 几何分析 137

10.1.2 初始预应力水平 138

10.1.3 最短压杆长度 139

10.1.4 最大承载能力 142

10.2 有限元分析 142

10.2.1 基本模型 142

10.2.2 静力性能分析 143

10.2.3 特征值屈曲分析 144

10.2.4 非线性屈曲分析 145

10.2.5 初始缺陷的影响 145

10.3 参数分析 147

10.3.1 矢跨比的影响 147

10.3.2 竖向压杆长度的影响 148

10.3.3 初始预应力水平的影响 149

10.4 本章小结 149

11 索杆式折叠网架结构的理论分析与试验研究 151

11.1 基于CP单元折叠网架的几何分析 151

11.1.1 基本单元及其初始预应力水平 151

11.1.2 折叠体系 151

11.1.3 折叠展开方式 152

11.2 基于CP单元折叠网架的节点设计和模型制作 153

11.2.1 节点设计 154

11.2.2 模型制作 155

11.3 基于CP单元折叠网架的受力性能分析 156

11.3.1 静力性能分析 156

11.3.2 自应力水平对结构静力性能的影响 160

11.3.3 温度变化对结构静力性能的影响 162

11.3.4 拉索破断对结构静力性能的影响 163

11.4 基于DP单元折叠网架的几何分析 164

11.4.1 基本单元 164

11.4.2 折叠体系 165

11.4.3 折叠展开方式 166

11.5 基于DP单元折叠网架的节点设计和模型制作 166

11.5.1 节点设计 168

11.5.2 模型制作 169

11.6 基于DP单元折叠网架受力性能分析 170

11.6.1 静力性能分析 170

11.6.2 自应力水平对结构静力性能的影响 175

11.6.3 温度变化对结构静力性能的影响 177

11.6.4 拉索破断对结构静力性能的影响 178

11.7 本章小结 180

12 折叠索穹顶的几何及其预应力水平分布研究 182

12.1 几何分析 182

12.1.1 折叠索穹顶 182

12.1.2 径向可开启式索穹顶 183

12.2 预应力分布的确定 184

12.2.1 数学模型 184

12.2.2 算例 186

12.3 考虑压杆初弯曲的张拉整体结构受力性能分析 189

12.3.1 基本模型 189

12.3.2 解析法 189

12.3.3 分析结果 191

12.3.4 有限元验证 193

12.4 本章小结 194

13 基于2V型索杆单元折叠结构的受力性能研究 195

13.1 几何分析 195

13.1.1 基于拉索方式的折叠模型 195

13.1.2 基于压杆方式的折叠模型 197

13.1.3 改进后的折叠模型 198

13.2 受力性能分析 198

13.2.1 基本模型 198

13.2.2 拉索滑移的考虑 198

13.2.3 计算结果 203

13.3 温度变化对结构静力性能的影响 207

13.4 拉索断裂对结构静力性能的影响 207

13.5 本章小结 208

参考文献 210