本书主要介绍现代索杆系统分析理论与方法。本书具体内容包括大位移索杆单元分析、杆系的静动特征分析、杆系机构的刚体运动分析、杆系结构和机构的稳定性分析、索杆结构的预张力分析、预应力杆系机构的找形分析、受荷杆系机构的运动分析、松弛索杆系统的形态分析、结构预张力偏差的分析及控制、索杆张力结构的刚度解析。

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目录
序
前言
主要变量和符号说明
第1章 概论 1
1.1 索杆系统的特点 1
1.2 传统的索结构 3
1.2.1 悬索桥 3
1.2.2 塔线系统 4
1.2.3 悬索屋盖 5
1.2.4 索桁架桥 8
1.3 拉索-网格结构 9
1.3.1 预应力网格结构 9
1.3.2 斜拉网格结构 10
1.4 索杆张力结构 12
1.4.1 张拉整体 12
1.4.2 索穹顶 15
1.4.3 环形索桁结构 17
1.4.4 月牙形索桁结构 19
1.4.5 桅杆支承斜拉索网系统 20
1.5 可运动的索杆机构 21
1.5.1 空间可展结构 21
1.5.2 Pantadome 23
1.5.3 索杆张力结构的成形施工 25
1.6 可大变形的索杆结构 27
1.6.1 荷载缓和体系 27
1.6.2 大型射电望远镜的支承索网 27
1.7 本书的主要内容 29
第2章 单元分析 33
2.1 杆单元 33
2.1.1 基本特性 33
2.1.2 几何条件 33
2.1.3 平衡条件 35
2.1.4 物理条件 36
2.1.5 单元刚度矩阵 36
2.2 单索的力学性能 37
2.2.1 基本假定 37
2.2.2 单索的形状 37
2.2.3 荷载沿跨度均匀分布的单索 39
2.2.4 荷载沿索长均匀分布的单索 39
2.2.5 承受非均匀分布荷载的单索 41
2.3 单索的协调方程 42
2.3.1 索的长度 42
2.3.2 协调方程 43
2.3.3 拉索单元 45
2.4 悬链线索单元的刚度矩阵 47
2.4.1 切线刚度矩阵 47
2.4.2 弦向刚度 50
第3章 杆系的静动特征 52
3.1 基本问题 52
3.2 Maxwell准则 54
3.3 杆系的基本方程 54
3.3.1 平衡方程 54
3.3.2 几何方程 55
3.3.3 物理方程 57
3.3.4 有限元基本方程 57
3.4 平衡矩阵准则 57
3.4.1 静力特征 57
3.4.2 运动特征 58
3.4.3 奇异值分解 59
3.4.4 杆系的分类 60
3.5 杆件层面的几何可变性分析 61
3.5.1 必需杆的判别 61
3.5.2 多杆撤除的几何不变性判别 63
3.5.3 算例 65
第4章 杆系的可动性及机构运动路径 67
4.1 运动控制方程 67
4.2 可动性判别 69
4.2.1 平衡矩阵准则的局限性 69
4.2.2 高阶协调条件 70
4.2.3 算例 71
4.3 运动路径求解 72
4.3.1 基本求解策略 72
4.3.2 极值点 74
4.4 运动路径的分岔 78
4.4.1 确定性路径和分岔路径 78
4.4.2 算例 79
4.5 铰接板机构的运动分析 81
4.5.1 三角形铰接板单元 81
4.5.2 平面四边形铰接板单元 83
4.5.3 运动路径跟踪策略 85
4.5.4 算例 85
第5章 杆系的稳定性 90
5.1 问题的引出 90
5.2 能量准则 92
5.3 几何非线性方程 93
5.3.1 基本方程 93
5.3.2 切线刚度矩阵的解析表达式 94
5.4 杆系的几何稳定性 94
5.5 杆系机构的稳定条件 96
5.5.1 机构的一般稳定条件 96
5.5.2 预应力机构 98
5.5.3 受荷机构 99
5.6 无穷小机构的稳定性 101
第6章 预张力 104
6.1 产生预张力的条件 104
6.1.1 拉索产生预张力的本质 105
6.1.2 预张力维持的结构条件 105
6.1.3 不可预应力杆件的判别 106
6.2 刚性结构预张力的简便分析 107
6.3 分级分批张拉分析 111
6.3.1 设计工况的特殊性 111
6.3.2 施工张拉分析方法 111
6.3.3 算例 112
6.4 预张力的监测及补偿 115
6.4.1 基本公式 116
6.4.2 预张力偏差的监测 117
6.4.3 预张力偏差的识别和调整 119
6.4.4 算例 121
6.4.5 讨论 124
第7章 预应力杆系机构的找形 126
7.1 力密度法 127
7.2 动力松弛法 129
7.3 有限元法 132
第8章 受荷杆系机构的运动 134
8.1 受荷杆系机构的工程特点 134
8.2 运动路径跟踪的有限元法 135
8.2.1 基本方程 135
8.2.2 弧长法求解策略 136
8.2.3 平面连杆机构的提升形态 138
8.2.4 空间杆系机构的顶升形态 141
8.3 运动形态的稳定性分析 143
8.3.1 稳定性判别 143
8.3.2 机构运动路径上的奇异点 143
8.3.3 分岔路径的跟踪 145
8.3.4 平面连杆机构的提升稳定性 147
8.3.5 空间杆系机构的顶升稳定性 151
第9章 松弛索杆机构的形态分析 154
9.1 问题的描述 154
9.2 松弛索杆机构的找形 155
9.2.1 单元分析 155
9.2.2 力密度法 159
9.2.3 动力松弛法 161
9.2.4 算例 162
9.3 索杆机构的运动分析 165
9.3.1 弧长法自动跟踪策略 165
9.3.2 形态稳定性和分岔路径 167
9.4 索杆张力结构的施工成形分析 169
9.4.1 环形索桁结构 169
9.4.2 索穹顶 174
第10章 预张力偏差及张拉控制 179
10.1 随机索长误差 179
10.2 预张力偏差 180
10.2.1 索长误差与张力偏差的关系 180
10.2.2 索力控制法的预张力偏差计算 181
10.2.3 随机预张力偏差 182
10.2.4 灵敏度矩阵的特征值 183
10.3 主动索的优选 184
10.3.1 结构预张力偏差的有界性 184
10.3.2 最不利预张力偏差的近似解 185
10.3.3 主动索的优选方法 186
10.4 桅杆支承斜拉索网的张拉分析 188
10.4.1 结构模型 188
10.4.2 不同施工方案的预张力偏差 189
10.4.3 结构最不利预张力偏差 191
10.4.4 张拉索的优选 195
第11章 索杆张力结构的刚度解析 199
11.1 基本问题 199
11.2 单元刚度对结构刚度的贡献 201
11.3 结构刚度的特征空间分解 204
11.4 结构的关键刚度及其动力模态测试 206
11.4.1 关键刚度 206
11.4.2 动力测试的目标模态 207
11.5 单元刚度的贡献度指标 209
11.5.1 子空间刚度 209
11.5.2 零弹性刚度的单元贡献度 209
11.5.3 关键刚度的单元贡献度 210
11.6 算例 210
11.7 讨论 216
参考文献 218
作者及其课题组成员发表的相关文章 223