3D3S拉索〔拉杆〕结构的分析过程和原理简介
同济大学3D3S课题组
同济大学新土木大楼112室 上海四平路1239号
tj3d3s
2005-11
一、简单的拉索〔拉杆〕结构 .......................................................................................................................................... 1 二、含予应力的拉索〔拉杆〕结构 .................................................................................................................................. 2
1、结构形式 ................................................................................................................................................................ 2 2、计算方法 ................................................................................................................................................................ 2 3、索梁体系的例子 .................................................................................................................................................... 6
一、简单的拉索〔拉杆〕结构
操作：
建立模型，对拉索〔拉杆〕设置只拉属性〔构件属性->定义初应力和只拉属性〕，内力分析
原理：
软件在针对含有只拉属性构件的结构的内力分析过程中，对结构直接在荷载组合下进行内力分析，而不是用先按照工况计算后把工况下的内力和位移组合起来的方法，即只针
对实际的工作状态得到构件属性。
普通结构的内力分析 含只拉单元结构的内力分析
二、含予应力的拉索〔拉杆〕结构
1、结构形式
1） 拉索〔拉杆〕幕墙
2） 纯索网体系
3） 钢结构中使用拉索〔拉杆〕，张弦梁等
2、计算方法
1〕初始态计算
A、索杆体系
适用结构：
适用于结构形式1〕2〕；
原理：
采用节点力平衡的计算手段，即在每一个节点上保证节点力平衡从而得到和节点相连的各个构件的内力，初始态只有内力没有位移。当去除予应力构件后，允许结构成为机构。
例子：
红色虚线拉杆施加里预张力，该对称结构，为保证节点力平衡，在索杆找型后内力是对称的；当删除红色单元后，结构就是一个机构，所以必须通过预张力单元使结构具有刚度。
B、索梁体系：
适用结构：
适用于结构形式3〕；
原理：
把预张力作为节点荷载作用到结构上，进行线性或非线性的分析得到初始态的内力和位移〔线性分析即为线性找形，非线性分析即为非线性找形〕；当去除予应力构件后，结构必须仍旧为稳定结构，如果去除了预张力单元后，结构就变成机构，那么无论线性还是非线性找形都会不成功。
例子：
红色虚线拉杆施加里预张力；当删除红色单元后，结构仍旧是一个稳定结构；这样的结构找形是可以进行的，如果删除红色单元后结构成为机构，那么索梁找型一定是不成功的。
线性找形和非线性找形：
原理和几何非线性的内力分析是一样的，即线性认为最终的平衡态为变形前的状态，按照小变形计算相应的内力和位移，不需要迭代；非线性是把变形后的状态作为平衡态，需要迭代得到最终内力和位移；注意：不是所有结构都能最终迭代收敛的。
2〕工作态计算
工作态和初始态是两个的状态，如果存在予应力就必须进行初始态分析，如果没有予应力构件，那只需要进行工作态分析。
工作状态有两类：线性计算〔内力分析菜单〕和非线性计算〔非线性菜单下的荷载态分析菜单〕。
一共存在以下8种不同的荷载分析方式：
1〕直接内力分析：
2〕直接非线性荷载态分析：
存在预张力时：
3〕索杆找型后内力分析：
4） 索杆找型后非线性荷载态分析：
5〕线性索梁找型后内力分析：
6〕线性索梁找型后非线性荷载态分析：
7〕非线性索梁找型后内力分析：
8〕非线性索梁找型后非线性荷载态分析：
3 ~ 8荷载态分析时都叠加了初始态计算出来的内力；
5〕、7〕、8〕在荷载态分析时叠加了初始态计算出来的位移〔观察时程曲线可以看到在荷载级数为0的时候仍旧存在位移，这个位移就是初始态计算得出的位移〕；6〕在荷载态分析时不叠加了初始态计算出来的位移〔观察时程曲线可以看到在荷载级数为0的时候位移为0〕；
3、索梁体系的例子
通过下例说明5~8各个不同的找型和荷载分析过程产生的不同计算结果：
荷载条件：远端节点力〔活载〕30KN 和地面连接的拉杆的控制预拉力10kN。
A、使用5〕线性索梁找型后内力分析：
线性找型：
找型好显示正常使用下的位移图，最大位移为17.6：
使用内力分析菜单：得到组合1〔恒载+活载〕下的最大位移为-109.1；
如果事先去掉只拉单元上10KN的预张力，直接内力分析，那么在组合1下的位移为-126.7，等于109.1与预张力下的初始位移17.6之和。
B、使用6〕线性索梁找型后非线性荷载态分析：
找型方法同上面所述，最大初始位移为17.6。
使用非线性菜单下的工作状态荷载态分析。
组合中添加组合1作为承载能力和正常使用的组合。
点击计算按纽，完成荷载分析。
使用非线性分析下工作态分析下的显示位移，得到正常使用下的位移为163.6。
使用非线性分析下工作态分析下的时程曲线：
可以看到端节点的位移是从0到163.6〔线性索梁找型后非线性荷载态分析的时候计算位移时候不叠加初始位移〕。
C、使用7〕非线性索梁找型后内力分析：
显示初始位移，最大位移17.8，比按照线性找型的大0.2：
使用内力分析菜单，内力分析后显示位移〔17.8+108.9=126.7，即预张力作用下，使得最终的位移比没有预张力的情况下小了17.8〕：
D、使用8〕非线性索梁找型后非线性荷载态分析：
找型同上，最大初始位移为17.8。
使用非线性分析下工作态分析下的显示位移，得到正常使用下的位移为163.3。
使用非线性分析下工作态分析下的时程曲线：
可以看到端节点的位移是从17.8到-163.3〔非线性索梁找型后非线性荷载态分析的时候计算位移时候叠加了初始位移〕。
