1、在外荷載作用下，索桿張力結(jié)構(gòu)會發(fā)生大變形、大變位、斷裂和碰撞等不連續(xù)行為。目前對于索桿張力結(jié)構(gòu)的分析以宏觀為主流，主要關(guān)注結(jié)構(gòu)的整體受力性能，這雖然能基本滿足結(jié)構(gòu)整體設(shè)計研究的要求，卻無法反映結(jié)構(gòu)真實的失效機(jī)理。本文以索桿張力結(jié)構(gòu)的精細(xì)化分析和倒塌破壞研究為主線，基于向量式有限元，從梁的精細(xì)化分析、索的精細(xì)化分析、結(jié)構(gòu)的斷裂碰撞三個方面入手，模擬索桿張力結(jié)構(gòu)倒塌全過程，并對索桿張力結(jié)構(gòu)的局部失效進(jìn)行研究。
　　介紹了向量式有限元的

2、基本概念。從體系離散模型、單元內(nèi)力計算、等效外力計算、節(jié)點控制方程求解等方面介紹軸力桿件和彎曲桿件單元的基本理論。為索桿張力結(jié)構(gòu)精細(xì)化分析和倒塌破壞研究奠定理論基礎(chǔ)。
　　基于精細(xì)梁模型，同時考慮拉壓、彎、剪、扭、翹曲及其耦合效應(yīng)作用的影響，推導(dǎo)了適用于向量式有限元的精細(xì)梁單元彈性應(yīng)變和內(nèi)力計算公式，總結(jié)彈性計算流程，編程驗證該模型在結(jié)構(gòu)彈性分析中的有效性。在材料進(jìn)入塑性后，隨著軸向應(yīng)交的增加，由平截面假定引起的誤差不可再忽略，需

3、要對平截面假定進(jìn)行修正。本文基于向量式有限元，考慮平截面假定修正，推導(dǎo)了精細(xì)梁單元節(jié)點應(yīng)變及內(nèi)力公式，并利用高斯積分法進(jìn)行精細(xì)梁單元塑性分析。采用FORTRAN自編程序，通過算例分析驗證精細(xì)梁模型在結(jié)構(gòu)彈塑性分析中的有效性。
　　基于曲桿理論建立鋼絲靜力拉伸模型，以鋼拉索中的鋼絞線為研究對象，推導(dǎo)了外部荷載作用下單根鋼絲的平衡方程，重點考察了鋼拉索外層鋼絲螺旋角變化時，鋼拉索總軸力、彈性模量、抗彎剛度等參數(shù)的變化規(guī)律。在此基礎(chǔ)上分

4、析受荷過程中拉索上述截面特性變化對結(jié)構(gòu)受力性能的影響。以鋼絲繩、半平行鋼絲束以及鋼絞線為研究對象，利用ANSYS軟件對采用不同捻制方式的鋼拉索進(jìn)行有限元分析，研究荷載作用下鋼拉索截面應(yīng)力分布規(guī)律。將截面沿徑向分為若干層，定義索截面的各層應(yīng)力修正系數(shù)。基于ANSYS研究成果，考察鋼拉索截面各層應(yīng)力修正系數(shù)γ1的分布規(guī)律?？紤]鋼絲間摩擦的影響，以1×7、1×19鋼絞線為研究對象，通過ANSYS建模分析研究鋼拉索截面應(yīng)力分布規(guī)律。
　　

5、建立桿單元、索單元和梁單元的斷裂準(zhǔn)則和斷裂模式，給出斷裂后節(jié)點質(zhì)量、慣性矩及內(nèi)力等參數(shù)的計算方法。通過數(shù)值方法模擬索桿結(jié)構(gòu)、梁系結(jié)構(gòu)的倒塌全過程。并從能量守恒的角度出發(fā)驗證模型的合理性。介紹桿件空間相對位置的判定條件。在此基礎(chǔ)上建立了桿件運(yùn)動中的接觸偵測方法，推導(dǎo)了碰撞后桿件的接觸力和速度的計算公式。基于物理學(xué)碰撞試驗，提出碰撞時的能量耗散模型。
　　以節(jié)點最大位移和松弛破斷桿件比例作為指標(biāo)，參考已有文獻(xiàn)提出外荷載作用下索桿張力結(jié)

6、構(gòu)失效準(zhǔn)則。進(jìn)一步分析局部索桿失效、支座約束失效等情況下結(jié)構(gòu)的受力全過程。以Levy型索穹頂和弦支穹頂為例記錄脊索、斜索、環(huán)索和豎桿突然斷裂時，結(jié)構(gòu)變形的整個過程及斷索后各桿件的內(nèi)力變化過程。研究支座約束失效對索桿張力結(jié)構(gòu)的影響，記錄結(jié)構(gòu)某個支座的x方向或y方向失效時結(jié)構(gòu)的倒塌破壞全過程以及各桿件的內(nèi)力變化全過程。
　　對梁單元、索單元進(jìn)行精細(xì)化分析，并將其應(yīng)用于索桿張力結(jié)構(gòu)倒塌分析之中，提出外荷載作用下索桿張力結(jié)構(gòu)失效準(zhǔn)則，豐富