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悬索结构高柔、强非线性、易成机构,传统的有限元分析方法很难准确模拟其破坏全过程。本文基于有限质点法,用MATLAB自编程序对悬索结构索网体系从找形,到找零应力状态,到载荷,到超载破坏的全过程进行了数值模拟和分析。具体来说,本文的主要贡献与结论如下: 1.将有限质点法的理论应用于悬索结构找形分析中,并通过算例验证了方法的有效性和可靠性。用有限质点法对悬索结构进行找形时,集合了动力松弛法和非线性有限单元法的优势——采用与动力松弛法一致的质点运动方程和虚拟阻尼,采用与非线性有限单元法一致的“小弹性模量技术”。 2.将有限质点法的理论应用于悬索结构逆向分析中,为后续的载荷分析做准备。有限质点法求解索原长时无需迭代,只需将结构的初始形态和真实物理量代入有限质点法的一般求解流程中并将支座约束去掉即可。 3.将有限质点法的理论应用于悬索结构载荷分析中,并通过算例验证了方法的有效性和可靠性。算例分析表明,在一定的荷载形式和载荷范围内,悬索结构的“形”“态”良好,性能稳定,荷载-位移曲线呈线性,是比较理想的承重结构。 4.将有限质点法的理论应用于悬索结构索网体系的破坏分析中,并通过“能量守恒”验证了结果的合理性。超载破坏模拟分析结果表明:悬索结构预应力鞍形索网体系有两个薄弱部位:一是支座附近,二是索网中心附近,前者内力大易发生材料破坏,后者动力效应明显易发生几何破坏。断索模拟分析结果表明:承重索的断裂会让结构局部成机构,不再适合继续承载;承重索和稳定索的断裂都会使索网的部分构件松弛,但都不会引起余下结构其它构件的断裂。 5.编制了有限质点法悬索结构索网体系理论分析程序——包括找形分析、逆向分析和载荷分析三个大的模块,其中载荷分析又嵌入了弹塑性和断裂的子程序。