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摘要
几何刚度对张拉整体结构承载刚度的贡献通常与弹性刚度的贡献量级相当,但仅依靠高预应力保证结构承载刚度效果一般。而通过调整结构形状提高弹性刚度并替换部分几何刚度的贡献,可以在保持张拉整体结构承载刚度不变的前提下降低预应力。为此,将杆件原长变化作为基本变量,分析了该变量与单元内力、节点位移以及弹性和几何刚度矩阵的增量关系。建立了反映指定节点的受荷位移增量和单元原长变化量关系的灵敏度矩阵,指出由该灵敏度矩阵的零空间基向量线性组合而成的单元原长增量不会导致承载刚度的变化,但可以调整结构形状和预应力。以结构预应力下降为目标,提出了一种逐步调整结构形状的计算方法以使承载刚度中的几何刚度分量不断被增长的弹性刚度分量所替换。以一个张拉整体悬臂结构为算例,令其末端节点在给定荷载作用下的位移保持不变。分析结果表明:利用所建议的方法可以实现刚度分量的替换并显著降低该结构的预应力;将单元原长变化视为主动驱动,张拉整体具备主动调整形状和单元内力以保持承载刚度的自适应能力。
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单位浙江大学; 北京市建筑设计研究院有限公司
