索杆系統分析：理論與方法（簡體書）

索杆系統是最為高效的結構形式，在建築結構、橋樑結構、宇航結構、特種工業結構中都有廣泛的應用。在近三十年，出現了像張拉整體、索穹頂等一些新型的索杆結構系統。這些索杆系統在結構構成機理和分析設計內容都較傳統索杆結構存在顯著的差別，工程設計中面臨一系列新的科學問題。本書彙集了作者近二十年來關於這些新型索杆體系一般性分析理論方法的研究成果。主要內容包括：適用於數值分析和能夠考慮大位移的索杆單元理論；對空間杆系靜動特性的新詮釋；杆系的可動性和機構運動路徑分析方法；預應力杆系機構的穩定條件；預應力索杆系統的找形分析方法；受荷索杆機構的運動分析方法；索杆張力結構的預應力偏差分析理論；索杆張力結構的剛度解析理論等。以上理論方法可以應用于索杆系統的預張力分析，柔性索杆張力結構的初始形狀及其穩定性分析，索杆機構系統的運動形態模擬，索杆張力結構的施工張拉方案優選以及既有狀態的剛度性能監測設計和評價。本書可供結構工程專業的科研和設計人員參考，也可作為空間結構方向研究生的教程。

目錄
序
前言
主要變量和符號說明
第1章 概論 1
1.1 索桿系統的特點 1
1.2 傳統的索結構 3
1.2.1 懸索橋 3
1.2.2 塔線系統 4
1.2.3 懸索屋蓋 5
1.2.4 索桁架橋 8
1.3 拉索-網格結構 9
1.3.1 預應力網格結構 9
1.3.2 斜拉網格結構 10
1.4 索桿張力結構 12
1.4.1 張拉整體 12
1.4.2 索穹頂 15
1.4.3 環形索桁結構 17
1.4.4 月牙形索桁結構 19
1.4.5 桅桿支承斜拉索網系統 20
1.5 可運動的索桿機構 21
1.5.1 空間可展結構 21
1.5.2 Pantadome 23
1.5.3 索桿張力結構的成形施工 25
1.6 可大變形的索桿結構 27
1.6.1 荷載緩和體系 27
1.6.2 大型射電望遠鏡的支承索網 27
1.7 本書的主要內容 29
第2章 單元分析 33
2.1 桿單元 33
2.1.1 基本特性 33
2.1.2 幾何條件 33
2.1.3 平衡條件 35
2.1.4 物理條件 36
2.1.5 單元剛度矩陣 36
2.2 單索的力學性能 37
2.2.1 基本假定 37
2.2.2 單索的形狀 37
2.2.3 荷載沿跨度均勻分布的單索 39
2.2.4 荷載沿索長均勻分布的單索 39
2.2.5 承受非均勻分布荷載的單索 41
2.3 單索的協調方程 42
2.3.1 索的長度 42
2.3.2 協調方程 43
2.3.3 拉索單元 45
2.4 懸鏈線索單元的剛度矩陣 47
2.4.1 切線剛度矩陣 47
2.4.2 弦向剛度 50
第3章 桿系的靜動特征 52
3.1 基本問題 52
3.2 Maxwell準則 54
3.3 桿系的基本方程 54
3.3.1 平衡方程 54
3.3.2 幾何方程 55
3.3.3 物理方程 57
3.3.4 有限元基本方程 57
3.4 平衡矩陣準則 57
3.4.1 靜力特征 57
3.4.2 運動特征 58
3.4.3 奇異值分解 59
3.4.4 桿系的分類 60
3.5 桿件層面的幾何可變性分析 61
3.5.1 必需桿的判別 61
3.5.2 多桿撤除的幾何不變性判別 63
3.5.3 算例 65
第4章 桿系的可動性及機構運動路徑 67
4.1 運動控制方程 67
4.2 可動性判別 69
4.2.1 平衡矩陣準則的局限性 69
4.2.2 高階協調條件 70
4.2.3 算例 71
4.3 運動路徑求解 72
4.3.1 基本求解策略 72
4.3.2 極值點 74
4.4 運動路徑的分岔 78
4.4.1 確定性路徑和分岔路徑 78
4.4.2 算例 79
4.5 鉸接板機構的運動分析 81
4.5.1 三角形鉸接板單元 81
4.5.2 平面四邊形鉸接板單元 83
4.5.3 運動路徑跟蹤策略 85
4.5.4 算例 85
第5章 桿系的穩定性 90
5.1 問題的引出 90
5.2 能量準則 92
5.3 幾何非線性方程 93
5.3.1 基本方程 93
5.3.2 切線剛度矩陣的解析表達式 94
5.4 桿系的幾何穩定性 94
5.5 桿系機構的穩定條件 96
5.5.1 機構的一般穩定條件 96
5.5.2 預應力機構 98
5.5.3 受荷機構 99
5.6 窮小機構的穩定性 101
第6章 預張力 104
6.1 產生預張力的條件 104
6.1.1 拉索產生預張力的本質 105
6.1.2 預張力維持的結構條件 105
6.1.3 不可預應力桿件的判別 106
6.2 剛性結構預張力的簡便分析 107
6.3 分級分批張拉分析 111
6.3.1 設計工況的特殊性 111
6.3.2 施工張拉分析方法 111
6.3.3 算例 112
6.4 預張力的監測及補償 115
6.4.1 基本公式 116
6.4.2 預張力偏差的監測 117
6.4.3 預張力偏差的識別和調整 119
6.4.4 算例 121
6.4.5 討論 124
第7章 預應力桿系機構的找形 126
7.1 力密度法 127
7.2 動力松弛法 129
7.3 有限元法 132
第8章 受荷桿系機構的運動 134
8.1 受荷桿系機構的工程特點 134
8.2 運動路徑跟蹤的有限元法 135
8.2.1 基本方程 135
8.2.2 弧長法求解策略 136
8.2.3 平面連桿機構的提升形態 138
8.2.4 空間桿系機構的頂升形態 141
8.3 運動形態的穩定性分析 143
8.3.1 穩定性判別 143
8.3.2 機構運動路徑上的奇異點 143
8.3.3 分岔路徑的跟蹤 145
8.3.4 平面連桿機構的提升穩定性 147
8.3.5 空間桿系機構的頂升穩定性 151
第9章 松弛索桿機構的形態分析 154
9.1 問題的描述 154
9.2 松弛索桿機構的找形 155
9.2.1 單元分析 155
9.2.2 力密度法 159
9.2.3 動力松弛法 161
9.2.4 算例 162
9.3 索桿機構的運動分析 165
9.3.1 弧長法自動跟蹤策略 165
9.3.2 形態穩定性和分岔路徑 167
9.4 索桿張力結構的施工成形分析 169
9.4.1 環形索桁結構 169
9.4.2 索穹頂 174
第10章 預張力偏差及張拉控制 179
10.1 隨機索長誤差 179
10.2 預張力偏差 180
10.2.1 索長誤差與張力偏差的關系 180
10.2.2 索力控制法的預張力偏差計算 181
10.2.3 隨機預張力偏差 182
10.2.4 靈敏度矩陣的特征值 183
10.3 主動索的優選 184
10.3.1 結構預張力偏差的有界性 184
10.3.2 最不利預張力偏差的近似解 185
10.3.3 主動索的優選方法 186
10.4 桅桿支承斜拉索網的張拉分析 188
10.4.1 結構模型 188
10.4.2 不同施工方案的預張力偏差 189
10.4.3 結構最不利預張力偏差 191
10.4.4 張拉索的優選 195
第11章 索桿張力結構的剛度解析 199
11.1 基本問題 199
11.2 單元剛度對結構剛度的貢獻 201
11.3 結構剛度的特征空間分解 204
11.4 結構的關鍵剛度及其動力模態測試 206
11.4.1 關鍵剛度 206
11.4.2 動力測試的目標模態 207
11.5 單元剛度的貢獻度指標 209
11.5.1 子空間剛度 209
11.5.2 零彈性剛度的單元貢獻度 209
11.5.3 關鍵剛度的單元貢獻度 210
11.6 算例 210
11.7 討論 216
參考文獻 218
作者及其課題組成員發表的相關文章 223