索杆系统分析——理论与方法

本书主要介绍现代索杆系统分析理论与方法。本书具体内容包括大位移索杆单元分析、杆系的静动特征分析、杆系机构的刚体运动分析、杆系结构和机构的稳定性分析、索杆结构的预张力分析、预应力杆系机构的找形分析、受荷杆系机构的运动分析、松弛索杆系统的形态分析、结构预张力偏差的分析及控制、索杆张力结构的刚度解析。本书可供空间结构及相关学科的教学、科研、设计人员参考使用，也可作为空间结构方向研究生的教材和参考书。

序
前言
主要变量和符号说明
第1章概论1
1.1索杆系统的特点1
1.2传统的索结构3
1.2.1悬索桥3
1.2.2塔线系统4
1.2.3悬索屋盖5
1.2.4索桁架桥8
1.3拉索-网格结构9
1.3.1预应力网格结构9
1.3.2斜拉网格结构10
1.4索杆张力结构12
1.4.1张拉整体12
1.4.2索穹顶15
1.4.3环形索桁结构17
1.4.4月牙形索桁结构19
1.4.5桅杆支承斜拉索网系统20
1.5可运动的索杆机构21
1.5.1空间可展结构21
1.5.2Pantadome23
1.5.3索杆张力结构的成形施工25
1.6可大变形的索杆结构27
1.6.1荷载缓和体系27
1.6.2大型射电望远镜的支承索网27
1.7本书的主要内容29
第2章单元分析33
2.1杆单元33
2.1.1基本特性33
2.1.2几何条件33
2.1.3平衡条件35
2.1.4物理条件36
2.1.5单元刚度矩阵36
2.2单索的力学性能37
2.2.1基本假定37
2.2.2单索的形状37
2.2.3荷载沿跨度均匀分布的单索39
2.2.4荷载沿索长均匀分布的单索39
2.2.5承受非均匀分布荷载的单索41
2.3单索的协调方程42
2.3.1索的长度42
2.3.2协调方程43
2.3.3拉索单元45
2.4悬链线索单元的刚度矩阵47
2.4.1切线刚度矩阵47
2.4.2弦向刚度50
第3章杆系的静动特征52
3.1基本问题52
3.2Maxwell准则54
3.3杆系的基本方程54
3.3.1平衡方程54
3.3.2几何方程55
3.3.3物理方程57
3.3.4有限元基本方程57
3.4平衡矩阵准则57
3.4.1静力特征57
3.4.2运动特征58
3.4.3奇异值分解59
3.4.4杆系的分类60
3.5杆件层面的几何可变性分析61
3.5.1必需杆的判别61
3.5.2多杆撤除的几何不变性判别63
3.5.3算例65
第4章杆系的可动性及机构运动路径67
4.1运动控制方程67
4.2可动性判别69
4.2.1平衡矩阵准则的局限性69
4.2.2高阶协调条件70
4.2.3算例71
4.3运动路径求解72
4.3.1基本求解策略72
4.3.2极值点74
4.4运动路径的分岔78
4.4.1确定性路径和分岔路径78
4.4.2算例79
4.5铰接板机构的运动分析81
4.5.1三角形铰接板单元81
4.5.2平面四边形铰接板单元83
4.5.3运动路径跟踪策略85
4.5.4算例85
第5章杆系的稳定性90
5.1问题的引出90
5.2能量准则92
5.3几何非线性方程93
5.3.1基本方程93
5.3.2切线刚度矩阵的解析表达式94
5.4杆系的几何稳定性94
5.5杆系机构的稳定条件96
5.5.1机构的一般稳定条件96
5.5.2预应力机构98
5.5.3受荷机构99
5.6无穷小机构的稳定性101
第6章预张力104
6.1产生预张力的条件104
6.1.1拉索产生预张力的本质105
6.1.2预张力维持的结构条件105
6.1.3不可预应力杆件的判别106
6.2刚性结构预张力的简便分析107
6.3分级分批张拉分析111
6.3.1设计工况的特殊性111
6.3.2施工张拉分析方法111
6.3.3算例112
6.4预张力的监测及补偿115
6.4.1基本公式116
6.4.2预张力偏差的监测117
6.4.3预张力偏差的识别和调整119
6.4.4算例121
6.4.5讨论124
第7章预应力杆系机构的找形126
7.1力密度法127
7.2动力松弛法129
7.3有限元法132
第8章受荷杆系机构的运动134
8.1受荷杆系机构的工程特点134
8.2运动路径跟踪的有限元法135
8.2.1基本方程135
8.2.2弧长法求解策略136
8.2.3平面连杆机构的提升形态138
8.2.4空间杆系机构的顶升形态141
8.3运动形态的稳定性分析143
8.3.1稳定性判别143
8.3.2机构运动路径上的奇异点143
8.3.3分岔路径的跟踪145
8.3.4平面连杆机构的提升稳定性147
8.3.5空间杆系机构的顶升稳定性151
第9章松弛索杆机构的形态分析154
9.1问题的描述154
9.2松弛索杆机构的找形155
9.2.1单元分析155
9.2.2力密度法159
9.2.3动力松弛法161
9.2.4算例162
9.3索杆机构的运动分析165
9.3.1弧长法自动跟踪策略165
9.3.2形态稳定性和分岔路径167
9.4索杆张力结构的施工成形分析169
9.4.1环形索桁结构169
9.4.2索穹顶174
第10章预张力偏差及张拉控制179
10.1随机索长误差179
10.2预张力偏差180
10.2.1索长误差与张力偏差的关系180
10.2.2索力控制法的预张力偏差计算181
10.2.3随机预张力偏差182
10.2.4灵敏度矩阵的特征值183
10.3主动索的优选184
10.3.1结构预张力偏差的有界性184
10.3.2最不利预张力偏差的近似解185
10.3.3主动索的优选方法186
10.4桅杆支承斜拉索网的张拉分析188
10.4.1结构模型188
10.4.2不同施工方案的预张力偏差189
10.4.3结构最不利预张力偏差191
10.4.4张拉索的优选195
第11章索杆张力结构的刚度解析199
11.1基本问题199
11.2单元刚度对结构刚度的贡献201
11.3结构刚度的特征空间分解204
11.4结构的关键刚度及其动力模态测试206
11.4.1关键刚度206
11.4.2动力测试的目标模态207
11.5单元刚度的贡献度指标209
11.5.1子空间刚度209
11.5.2零弹性刚度的单元贡献度209
11.5.3关键刚度的单元贡献度210
11.6算例210
11.7讨论216
参考文献218
作者及其课题组成员发表的相关文章223