可展四棱柱张拉整体结构支架的设计与分析

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随着国民经济和社会科学的不断发展,人们对空间结构领域的研究取得了很多新的突破,从而带动了可展结构的快速发展,促进了可展结构总体研究水平的提升。张拉整体结构是近些年来发展比较迅速的一种由索和杆结合而成的空间结构体系,其具有质量轻、造型优美、可塑性强等特点。因此,对可展张拉整体结构的研究得到了学者们的广泛关注。目前可展张拉整体结构已经在航天、医学等领域得到了广泛的应用,但在建筑领域应用较少。本文拟从张拉整体结构的找形、刚度矩阵的计算、折展过程的分析以及模型制作等方面对可展张拉整体结构的一些问题进行研究,并以此为基础,将可展张拉整体结构应用到建筑与土木工程领域的支架当中。综上,本文的研究内容具体包括以下几个方面:首先,对张拉整体结构的特点进行了总结,回顾了国内外关于张拉整体结构和可展结构的研究现状。利用MATLAB软件中的最优函数求解了四棱柱张拉整体结构单元的力密度值,理论推导了张拉整体结构刚度矩阵及稳定性的表达式,并求解了四棱柱张拉整体结构单元的刚度矩阵和稳定性。然后,总结了可展张拉整体结构的折展原理,其中包括折展步骤、折展方式和折展难点,并分析了两种张拉整体结构折展过程的控制方法及控制方法的实现。其次,在分析了可展张拉整体结构的折展原理和控制方法的基础上,针对四棱柱张拉整体结构支架提出了两种折展方式,给出了两种折展方式的控制方法,利用MATLAB软件对两种折展方式的折展过程进行了仿真,并对构件的长度参数进行了优化,从而制作了一个简易的可展四棱柱张拉整体结构支架实物模型。最后,对可展四棱柱张拉整体结构支架实物模型的折展过程及可展性进行了分析,提出了一组适合实际工程应用的材料,并分析了不同预应力状况下的结构性能。
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