抗风索式张弦梁抗风性能静力试验研究

为验证抗风索有效性,探究抗风索对延迟下弦索松弛及松弛后整体刚度影响,以及抗风撑杆高度和不对称风荷载对结构抗风性能的影响规律,以拱形张弦梁结构为研究对象,进行了抗风索式张弦梁静力加载试验及相应数值分析。试验模型由跨度3 m、矢高120 mm、垂度180 mm、榀间距1 m的3榀张弦梁组成。施加节点集中荷载,采用自主设计的张弦梁抗风撑杆节点,通过改变抗风撑杆高度、抗风索索力和荷载类型等方式共设计了3种模型和9个加载工况。研究结果表明:有限元分析结果能与试验结果较好吻合,提高了抗风索的张弦梁抗风性能,抗风索的存在会改善结构的整体刚度;通过将模型倒置再静力加载方式模拟风吸力,张弦索逐渐松弛,抗风索成为主要抗风构件;抗风撑杆高度对张弦梁抗风性能影响较大,模型1对应抗风撑杆高度较为合理;张弦梁结构对非对称风荷载较为敏感,增大抗风撑杆的高度能有效提高结构的整体刚度,从而有效抵抗不对称风荷载。     

Geiger型索穹顶结构模型静力性能试验研究

设计了跨度为6m的较为精细的Geiger型索穹顶结构模型,对模型结构进行静力加载试验,研究结构在满跨对称加载及半跨非对称加载两种不同荷载情况下的力学性能,得到了索穹顶结构杆件内力和节点位移的变化规律。试验结果表明,不同荷载工况下,随着荷载的增大,外环索、外斜索的索力及外撑杆轴力逐渐增大,脊索索力逐渐减小或略有减小,增加的荷载主要由外环索、外斜索及外撑杆承担;同一荷载等级下,半跨非对称加载引起的节点竖向位移远大于满跨对称加载引起的竖向位移。     

基于半波法的张弦梁模型索力测试试验研究

索力测试的精度和实用性直接影响大跨度张弦梁结构健康监测的应用.针对多撑杆的张弦梁结构索段约束复杂和索力识别精度等问题,采用一种新的索力识别方法——半波法对索力进行识别.通过对张弦梁模型的试验研究,证明了半波法在张弦梁下弦拉索中进行索力测试的可行性.在两撑杆张弦梁缩尺模型的中间跨布置传感器,通过人工激励局部索的振动来测量高阶振型半波长,利用简支单索模型识别整体张弦梁的拉索索力,对高阶振型的测量可以得到更精确的拉索索力.试验结果表明,利用半波法对张弦梁拉索进行索力测试是可行的,当测出4阶及以上振型时,可以得到更精确的索力.     

镇江体育会展馆张弦桁架施工张拉分析与监测

镇江体育会展馆屋盖为大跨度对称张弦桁架结构,张弦桁架的张拉为施工中的重点和难点。本文首先通过三种张拉方案的比选,得出采用分批对称张拉是一种比较合理的施工方案;并采用ANSYS和ADINA有限元软件对张弦桁架的施工全过程进行了模拟,为张拉施工提供了理论数据。通过对桁架关键部位监测点的布置,开展了全部10榀桁架施工过程的实时监测。监测结果与计算结果比较后发现,两者的跨中竖向位移、杆件应力及支座位移均符合较好,模拟计算结果是可信的。最后分析得出了跨度变化且对称张弦桁架结构在张拉中的一些特点:单榀张弦桁架在张拉过程中,其跨中竖向位移和滑动支座位移在张弦桁架完全脱离支撑胎架后增长迅速,而其跨中轴向应力随索力增加而增长较为均匀。最后张拉完成后,各榀张弦桁架跨中竖向位移、滑动支座位移跨中轴向应力随跨度的增加而增大。     

普通与正反索张弦梁结构性能对比研究

张弦梁结构是一种典型的几何非线性结构,普通单向张弦梁结构由于增加下弦索,在正向荷载作用下受力合理,但在反向荷载(如风吸力)作用下常出现索力松驰而造成结构失效。建立模型应用ANSYS软件进行单索和正反索张弦梁结构的性能分析与比较,获得单索和正反索张弦梁结构在荷载作用下的不同承力性能。     

2008奥运会羽毛球馆索撑节点预应力损失分析研究

2008奥运会羽毛球馆弦支穹顶结构采用张拉环索的方式施加预应力,环索与撑杆相连的索撑节点的设计、构造与施工是保证环索实现预应力有效传递的关键技术。本文分析了索撑节点的几何构造,对预应力摩擦损失的计算方法进行了研究。利用ANSYS对环索和索撑节点进行了带摩擦的非线性接触有限元分析,并通过实际施工监测数据反算了预应力损失,将设计计算结果与实测数据分析结果进行了对比,并分析了预应力损失值偏大的原因。对张拉环索的弦支穹顶索撑节点提出如下建议:索撑铸钢节点的加工制作应采用精密加工,确保节点几何尺寸严格满足设计要求;索撑节点构造应进行改进,减小环索张拉时的预应力损失;在加强加工制作精度和施工质量控制的情况下,建议索撑节点预应力损失设计取值为5%~6%左右。     

单榀张弦梁结构各因数的影响分析

张弦梁结构是由单榀张弦梁结构通过不同的布置而得,单榀张弦梁结构的性能对整体结构的性能起决定性的作用,故充分了解单榀张弦梁结构的受力性能无疑是十分必要的。为此,详细分析撑杆数目、垂跨比、高跨比、拱的惯性矩和弦的预应力等因数对受力性能的影响,以供工程设计参考。     

呼和浩特新火车站预应力张弦梁施工技术

呼和浩特新火车站无站台柱雨篷采用54m跨张弦梁结构.为加快施工进度,钢结构施工设计中将两榀张弦梁组合成一个施工单元进行张拉、起吊、滑移,并在实际施工中顺利实施.介绍两榀一体化张弦梁施工技术,包括张拉技术、张弦梁起吊、滑移方案.提出多种两榀一体化张弦梁的起吊方案,最终根据该工程特点选择最优的一种.同时,对施工过程的索力、结构变形和钢结构应力进行仿真模拟计算.     

Levy型劲性支撑穹顶静力性能试验研究

为研究Levy型劲性支撑穹顶结构的静力性能,以跨度6m的Levy型劲性支撑穹顶结构实际模型为研究对象,通过试验研究了其在初始预应力、满跨荷载和半跨荷载作用下的静力性能,获得了Levy型劲性支撑穹顶结构模型中各杆件内力和节点位移随外荷载增加变化规律。研究结果表明：在满跨荷载作用下,随着荷载的增大,环杆、撑杆和斜杆轴力都逐渐增大,脊索索力逐渐减小;在半跨荷载作用下,随着荷载的增大,结构内部杆件内力变化平稳,结构受荷一侧各杆件内力变化规律与全跨荷载作用下变化规律基本相同,但各杆件内力的变化值较全跨荷载作用大,结构对非对称荷载比较敏感,结构非受荷一侧内力变化比较复杂,脊索索力减小,撑杆和环索内力减小,内、中斜杆内力减小,外斜杆内力基本不变,半跨荷载引起的节点竖向位移比满跨荷载引起的竖向位移大,但整体结构位移均较小,竖向刚度较大,表明用劲性钢拉杆代替索穹顶下层拉索构件是可行的。研究结果验证了劲性支撑穹顶结构合理性与可行性,可为工程应用提供参考。     

Levy型劲性支撑穹顶静力性能试验研究

为研究Levy型劲性支撑穹顶结构的静力性能,以跨度6 m的Levy型劲性支撑穹顶结构实际模型为研究对象,通过试验研究了其在初始预应力、满跨荷载和半跨荷载作用下的静力性能,获得了Levy型劲性支撑穹顶结构模型中各杆件内力和节点位移随外荷载增加变化规律。研究结果表明:在满跨荷载作用下,随着荷载的增大,环杆、撑杆和斜杆轴力都逐渐增大,脊索索力逐渐减小;在半跨荷载作用下,随着荷载的增大,结构内部杆件内力变化平稳,结构受荷一侧各杆件内力变化规律与全跨荷载作用下变化规律基本相同,但各杆件内力的变化值较全跨荷载作用大,结构对非对称荷载比较敏感,结构非受荷一侧内力变化比较复杂,脊索索力减小,撑杆和环索内力减小,内、中斜杆内力减小,外斜杆内力基本不变,半跨荷载引起的节点竖向位移比满跨荷载引起的竖向位移大,但整体结构位移均较小,竖向刚度较大,表明用劲性钢拉杆代替索穹顶下层拉索构件是可行的。研究结果验证了劲性支撑穹顶结构合理性与可行性,可为工程应用提供参考。     

改进悬臂型张弦梁结构理论分析及试验研究

借鉴张弦梁结构(BSS)的构成原理,提出一种改进悬臂型张弦梁结构(CSS),并进行了理论分析和试验研究。通过向上、向下荷载作用下的结构静力和几何非线性分析,得知这种结构以承受轴力为主,并具有良好的稳定性和抵抗不对称荷载的能力。为验证这种新型结构的力学性能,设计了一个直径为54m的试验模型,并设计了支承部件、可调索杆、连接节点的制作方案,进而全面考察了索的初始预应力分布以及模型在满跨、半跨加载两种荷载工况下的静力响应。理论与试验研究结果表明,在这两种荷载工况下,模型的静力响应与理论分析结果基本吻合,改进悬臂型张弦梁结构(CSS)受力合理,是一种适于大跨悬臂屋盖的新型结构形式。     

张弦梁结构张拉阶段受力分析及施工监测

借鉴冷冻升温法和张力补偿法的思路,针对张弦梁拉索端部张拉力已知的结构,推导了考虑摩擦损失的迭代算法。以同济大学嘉定校区体育馆屋面张弦梁为例,对张拉施工过程的索力和结构变形进行有限元模拟计算,分析了索夹摩擦力对于施工最终状态的影响。在张拉完成阶段,索夹摩擦力会减小张弦梁结构的起拱位移,改变张拉最终状态索段轴力的分布情况。施工监测数据表明考虑索夹摩擦的有限元模拟结果更接近于实际。最后,分析了由环境温差而引起的结构变形,温度升高,结构竖向位移增大。     

2008奥运会羽毛球馆预应力损失对结构体系影响分析

2008奥运会羽毛球馆弦支穹顶结构采用张拉环索的方式进行预应力施工。由于加工制作安装技术难度大,环索与撑杆相连的下节点之间的实际预应力损失比设计取值偏大,引起环索各段索力不均。本文通过在环索节点和撑杆下节点间耦合自由度并增加变刚度弹簧单元来模拟预应力张拉时环索带摩擦滑移,利用此方法可以在有限元模型中模拟施工监测得到的各段环索预应力损失;在此基础上进一步分析了预应力损失对弦支穹顶结构的内力、变形以及整体稳定的影响。研究表明:预应力损失造成径向拉杆内力发生大幅度变化;造成钢网壳内力分布不均匀;对结构的整体变形影响不大,只是使同圈的结构变形不均匀;使结构的整体稳定性能下降20%左右。     

移动荷载下自适应张弦梁的内力控制方法与试验研究

自适应张弦梁结构是在常规张弦梁基础上,通过主动控制调节,改变结构几何状态,从而适应外部环境变化的更加高效智能的结构体系.设计了移动荷载下的自适应张弦梁试验,并选用STM32单片机、激光位移传感器、作动器、JK0220驱动器成功制作了单撑杆自适应张弦梁模型.以挠度为控制指标,对移动荷载位于跨中和上弦梁全长1/4处两种工况进行工作状态分析,并与根据现有理论得出的数值模拟结果对照分析.结果表明自适应张弦梁模型能有效地降低张弦梁挠度,荷载位于跨中和1/4处两种工况下结构最大挠度分别降低3.36%、10.71%.验证了主动控制模型的正确性和自适应索杆张力结构的可行性.     

2008奥运会羽毛球馆新型弦支穹顶预应力大跨度钢结构设计研究

2008奥运会羽毛球馆屋盖钢结构采用弦支穹顶结构体系,由上弦单层网壳、下弦环索与径向拉杆、竖向撑杆组成。在设计中建立屋盖钢结构和下部看台结构整体有限元计算模型进行结构分析。在综合考虑工程的重要性、结构几何力学特点、预应力损失、施工缺陷等多种因素的基础上,对恒荷载、活荷载、雪荷载、风荷载、温度作用、地震作用等工况进行组合,分别进行结构施工阶段及结构使用阶段的内力、变形和体系稳定分析。在大量计算和分析基础上,对结构几何体系和构件进行了优化设计。在设计中运用单元逐次激活技术,模拟预应力张拉施工过程,并考虑施工临时脚手架刚度的影响进行施工模拟分析。对于索撑节点采用三维实体有限元分析方法,运用接触分析技术,计算索撑节点预应力摩擦损失,并结合施工监测,确定预应力损失值;采用非线性弹簧系统,模拟索撑节点预应力损失并研究了其对整体结构的影响。     

高矢跨比索拱结构体系设计与研究

以中铁青岛世界博览城十字展廊工程为背景,对高矢跨比索拱结构的力学性能进行了研究,发现索拱结构可有效改善高矢跨比纯拱结构的力学性能,尤其是风荷载作用下水平向抗侧刚度得以显著的提高.采用三角形刚性撑杆的索拱结构力学性能改善最为显著,但张拉构造措施较为复杂,且必然存在一定的预应力损失,于是提出了采用三角形柔性撑杆的弦撑式索拱结构,并进一步探讨了影响此结构形式力学性能的多个关键因素.通过对索桁架顶部结构高度取值研究,发现该值在一定区间变化时,其中起控制作用的性能目标并无显著影响.通过对上弦梁分格数量和尺寸研究,发现随着网格数量不断增加,上弦梁构件应力比逐渐降低.当上弦梁拱脚根部以上区域分格数量超过8时,构件应力比趋于稳定.对拱脚支座水平刚度进行研究,结果表明高矢跨比索拱结构对其边界水平向刚度的要求较低,支座刚度对索拱结构力学性能的影响,实际工程中多数情况下可以忽略.通过对支座是否允许滑动和不同的滑动时机分析,发现索拱结构支座允许滑动,将导致外部荷载作用下支座滑移幅度过大,支座节点难以处理.下弦索可施加的索力有限,无法满足腹索索力始终不松弛的性能目标.最后建议索拱结构两侧均采用不可滑动的铰接支座,并对下部支撑结构进行必要的施工阶段承载力验算,从而保证索拱结构的安全.     

抗风索双层弦张弦梁结构动力性能分析

张弦梁结构具有结构简单、受力合理和施工方便快捷等优点。在总结目前几个已建成的大跨度张弦梁工程实例时发现,该结构形式在具备多种优点的同时也存在一些缺点,如跨中处撑杆低垂,室内空间减小,易使人产生压抑感;从结构受力角度来讲,撑杆是受压构件,长细比过大会影响其稳定性,因此考虑在张弦梁结构下弦布设两道索即形成双层弦张弦梁结构形式;在较大风荷载作用下,大跨度张弦梁结构的抗风性能较差。总结以上不足之处,在双层弦张弦梁结构的基础上布设抗风索(即抗风索双层弦张弦梁结构)来提高结构的抗风性能,分析抗风索双层弦张弦梁结构的动力响应。     

气撑式张弦结构静力试验研究及有限元分析

基于气撑式张弦结构的受力特点,设计制作2.5 m跨度的纺锤形气撑式张弦结构模型,研究在跨中两点集中荷载作用下结构变形和内力分布规律,考察内气压对结构受力性能的影响。通过对结构极限状态的分析,研究结构的破坏形态及失效机理。利用ANSYS软件构建了纺锤形气撑式张弦结构精细化有限元模型,实现结构从放样态到充气态再到受荷态的全过程数值模拟,并与试验结果进行了对比分析。结果表明：有限元分析与试验结果吻合较好,两种方法获得的结构位移和内力值均比较接近;试验模型在集中荷载达到1.98 kN时达到极限状态,失效模式表现为上弦构件的局部屈曲破坏和气囊端部膜材出现褶皱。     

抗风索双层弦张弦梁结构的稳定性能分析

综合现有张弦梁结构工程实例,张弦梁结构存在一些不足,如跨中处撑杆低垂,室内空间减小,易使人产生压抑感;从结构受力角度来讲,撑杆是受压构件,长细比过大会影响其稳定性,因此考虑在张弦梁结构下弦布设两道索即形成双层弦张弦梁结构形式;在较大风荷载作用下,大跨度张弦梁结构的抗风性能较差。在双层弦张弦梁结构的基础上布设抗风索(即抗风索双层弦张弦梁结构)来提高结构的抗风性能,采用ANSYS有限元软件详细分析对比了抗风索双层弦张弦梁结构与未布设抗风索的双层弦张弦梁结构的稳定性能。通过对比发现,布设抗风索的结构稳定性能有一定的提高。     

南京会展中心主展厅屋架结构设计

介绍了南京会展中心主展厅屋架结构的主要设计内容.主展厅屋架最大跨度74m,采用张弦梁结构作为其主承力体系,张弦梁两端通过板式橡胶支座支承于下部单排框架柱顶.与常规张弦梁不同,本工程张弦梁两端带悬挑跨,悬挑跨对单榀梁张拉成形产生不利影响.对屋架结构的结构体系、荷载分析、静力承载力分析、整体稳定性分析、节点设计等内容做了阐述,旨在为类似工程提供参考与探讨.