钢框架预应力支撑结构拉索截面面积设计方法

为了研究钢框架预应力支撑结构体系中拉索截面面积的取值方法,从理论上对钢框架预应力支撑结构体系的抗侧刚度进行分析,推导出结构体系的抗侧刚度计算公式.钢框架预应力支撑结构体系的抗侧刚度不仅与构件的几何属性和材料属性有关,而且与预应力支撑与水平面的夹角有关,结构体系的抗侧刚度随着层间位移的增大而增大.基于钢框架预应力支撑结构体系抗侧刚度的计算公式,推导出了预应力拉索截面面积设计公式,提出了一种预应力拉索截面面积设计方法,并通过算例验证了提出的设计方法和设计公式的可行性,得到的钢框架预应力支撑结构,可以保证结构体系在设计的外荷载作用下,满足设计对于结构层间位移的要求.     

装配式高层预应力钢框架-支撑体系性能研究

为了加快我国工业化装配式钢结构发展的进程,提出了一种实现节点刚性连接的装配式高层预应力钢框架-支撑体系,通过有限元软件ABAQUS分析,研究拉索的截面面积、初始预应力度以及柱子的轴压比等参数对高层预应力钢框架支撑性能的影响,对比分析不同参数下结构的承载能力和刚度退化规律,得到该结构体系的受力模式和拉索初始预应力的取值准则.结果表明:预应力支撑可以有效地改善结构的受力性能,与钢框架结构相比,整体抗侧刚度提高了210%,极限承载能力提高了54%;拉索的初始预应力度越大,越可以延缓结构抗侧刚度的初次退化;预应力支撑钢结构体系设计时,拉索初始预拉力的取值准则为,在设计的外荷载作用下,预应力拉索的拉力大于0.     

预应力巨型支撑-钢框架结构初始预拉力取值准则

目的 研究新型结构形式--预应力巨型支撑-钢框架结构体系的工作机理,获得其初始预拉力取值准则.方法 采用SAP2000建立典型算例,逐步增大初始预拉力,模拟了预应力巨型支撑参与工作的整个过程,并进行理论分析.结果 预应力巨型支撑可以使结构整体产生与外部水平作用相反方向的侧移,从而减小结构的整体侧移,提高结构抗侧刚度;特定方向的外部作用下受压预应力巨型支撑对提高结构抗侧刚度起反作用,但实际工程中外部作用方向不定,应设置x型支撑.结论 初始预拉力以在外部作用下受压预应力巨型支撑剩余拉力接近零为准则.     

巨型钢框架-预应力复合支撑体系拉索截面积预估方法

确定拉索截面积是巨型钢框架-预应力复合支撑体系的关键问题,基于拉索作用建立拉索截面积的确定准则为:水平荷载作用下复合支撑内力增量平衡,并满足侧向变形要求.依据该准则及结构变形叠加原理,推导出了水平荷载作用下复合支撑的内力增量平衡方程,以及巨型层层间位移与拉索截面积之间的关系;由确定的层间位移设计目标值得到拉索截面积,最终建立了拉索截面积的定性预估理论,为巨型钢框架-预应力复合支撑体系的初步设计及定性评判奠定了基础.     

偏心支撑半刚性连接钢框架的时程分析

将偏心支撑与半刚性连接钢框架相结合是一种新型抗震结构体系,为探讨其在地震作用下的弹塑性反应和影响因素,采用有限元软件进行了时程分析.结果表明:偏心支撑显著增加了半刚性连接钢框架的抗侧刚度,侧移减小约75％,并大大降低了结构性能对节点转动刚度的敏感性;与无支撑框架相比,有支撑框架对地震作用反应敏感,振动频率增加,底部剪力增大,但层间位移角减小;设置偏心支撑使得半刚性连接框架的屈服位置由柱脚移至耗能梁段,增加了结构的安全性和耗能能力;偏心支撑抗侧体系所承担的剪力不小于底部总剪力的75％.     

新型自复位方钢管混凝土框架的抗侧刚度研究

提出一种新型绕梁腹板销轴转动的自复位方钢管混凝土框架梁柱连接节点.推导了自复位方钢管混凝土框架的抗侧刚度计算公式,通过有限元分析验证了公式的正确性.研究了钢绞线截面面积和初始预应力大小对自复位方钢管混凝土框架自复位能力的影响,探明了自复位框架的失效机制.结果表明:自复位方钢管混凝土框架具有良好的自复位能力,框架构件保持弹性.随着钢绞线截面面积增大,自复位框架刚度和承载力增大;钢绞线处于弹性时,初始预应力大小对自复位框架刚度影响很小.初始预应力合理取值可避免自复位框架失效机制的发生,并给出了初始预应力取值范围.     

多重抗侧力钢-混凝土混合结构最优刚度比研究

多重抗侧力钢-混凝土混合结构是通过楼板将半刚性连接钢框架、屈曲约束支撑钢框架和混凝土芯筒连接起来协同工作的多重抗力体系.在工程设计中,三者的刚度比关系对结构整体的安全性有着重要的影响.根据简化力学模型设计了3组18个弹性抗侧刚度相同的多重抗侧力钢-混凝土混合结构.通过罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,研究了结构最大层间侧移与框架、支撑和剪力墙三者刚度比之间的关系;根据改进的Park-Ang损伤模型对剪力墙底层进行震后量化损伤评估,研究其损伤程度与刚度比之间的关系;基于最大层间侧移和底层剪力墙损伤程度双重指标,提出了这种新结构体系的最优刚度比设计建议.     

T型三撑杆索穹顶预应力计算方法与参数分析

针对传统索穹顶构造形式单一及环向刚度弱的缺陷,提出一种T型三撑杆索穹顶.采用节点平衡法与求解超静定结构的位移法相结合的方法,推导出T型三撑杆索穹在考虑自重情况下结构初始预应力分布的计算公式;对索穹顶结构进行参数分析,讨论了矢跨比和撑杆高度对结构初始预应力分布的影响,给出了结构在忽略自重的情况下初始预应力计算表,得出了适用于T型三撑杆索穹顶结构的参数合理取值范围.研究表明,T型三撑杆索穹顶结构初始预应力与矢跨比、撑杆高度均成反比,撑杆高度的影响程度更大,该结构适宜矢跨比为1/20～3/20,适宜撑杆高度为斜索角度tan10°～tan20°时的取值.     

巨型钢框架复合支撑体系拉索直径确定方法

拉索直径的确定是巨型钢框架预应力复合支撑体系的关键问题之一。通过分析水平荷载下预应力复合支撑的力学机理,找出了拉索直径的决定因素,基于此提出其取值准则,并通过理论推导最终建立拉索直径的确定方法,进一步通过基于工程实际的数值算例进行了验证。反对称荷载下的不平衡,只能采用反对称手段调平,巨型钢框架预应力复合支撑体系拉索直径由水平荷裁决定,以复合支撑内力平衡为取值准则。建立的影响系数迭代调平方法确定拉索直径能够考虑上下层之间的相互影响,具有良好的精度和可操作性。     

预应力柔性拱结构弹性整体稳定性试验研究

预应力柔性拭拱由薄钢板带和索组成的新型预应力结构,通过张拉索先将薄钢板带在弹性范围内压弯成弓状,然后继续张拉拱面索,从而形成拱内初始压应力．针对3种不同的拱面索预拉力值的柔性模型,进行了跨中施加竖向集中力的弹性稳定性试验研究．结果表明,模型达稳定承载力时均呈侧移失稳模态,且稳定承载力随拱面索中预拉力的增加而增加．试验结果与ANSYS有限元分析结果吻合较好,为利用ANSYS开展该种结构静力工作性能的研究创造了条件．     

轻钢-混凝土混合结构周期折减系数研究

轻钢-混凝土混合结构是一种既符合中国国情,又适宜工业化和模块化生产的新型结构体系。该体系中的轻钢次结构能增大混凝土主结构的抗侧刚度,采用只考虑主结构的简化模型进行设计分析时,可采用周期折减系数来考虑这种影响。推导了2层或3层轻钢次结构抗侧刚度以及轻钢-混凝土混合结构周期折减系数简化计算公式;在混合框架试验的基础上,用ABAQUS有限元软件建立了轻钢-混凝土混合框架的精细化分析模型和简化分析模型,试验结果和模拟分析结果吻合较好;通过有限元模拟分析,验证了轻钢次结构抗侧刚度和混合结构周期折减系数简化计算公式的正确性。     

集装箱房抗侧刚度分析Ⅰ:整箱蒙皮效应

作为轻钢结构,集装箱房的水平抗侧能力是其抗震抗风设计的重要力学性能指标,而目前却缺乏可靠的理论计算式用以分析.为对实际工程设计提供参考,且为完善波纹蒙皮结构的理论体系,本文对集装箱房水平抗侧刚度的计算式进行推导.区别于传统利用螺栓连接的蒙皮结构,集装箱房的侧壁波纹板与其钢框架之间是焊接连接的,在剪切作用下的平面内相互作用力分布以及变形组成有很大变化,求解关键在于分析波纹膜板在焊接边界条件下的蒙皮效应.基于能量理论,结合ABAQUS有限元模拟方法,分析了集装箱房在顶部水平均布荷载作用下的理想抗侧刚度以及顶角件处水平集中荷载作用下的局部效应,分别得到相应的抗侧刚度计算公式,并利用已有试验数据对理论进行验证.结果表明:集中荷载作用下,加载端局部变形远大于整体侧移,且局部效应的有效作用范围同上侧梁线刚度、集装箱规格有关.实际工程中,通过增加上侧梁有效截面面积或上下层之间的连接件数量,可有效减小局部变形,提升整体抗侧能力.     

交叉加劲薄钢板剪力墙简化模型

薄钢板剪力墙依靠内填钢板屈曲后形成拉力带以抵抗水平荷载,是一种适用于高烈度地区的新型抗侧力结构.采用精细模型进行钢板剪力墙的计算和设计耗时长,为提高钢板墙结构设计的效率,基于拉力带简化模型,提出了交叉支撑-拉力带简化模型(CBSM)用于模拟交叉加劲钢板剪力墙的抗侧性能.推导了交叉加劲钢板墙的初始刚度和承载力计算公式,通过ABAQUS有限元软件建立精细模型和CBSM简化模型,与理论公式计算结果对比,验证简化模型的准确性.结果表明,在不同的跨度、内填板厚度和加劲肋刚度的情况下,精细模型、CBSM简化模型和理论公式3种方法预测的交叉加劲钢板剪力墙承载力有良好的一致性,说明CBSM简化模型能够较准确地预测交叉加劲钢板剪力墙的承载力,反映出加劲肋对钢板剪力墙结构抗侧能力的贡献.初始刚度理论计算公式与精细模型吻合得较好,CBSM简化模型预测刚度低于精细模型,是偏于安全的.     

半刚性连接钢框架结构附加有效阻尼比

目的 研究半刚性连接钢框架参数对结构附加有效阻尼比的影响,为半刚性组合钢框架的抗震设计提供依据.方法 从半刚性连接钢框架的特点出发,结合结构附加有效阻尼比的思想,推导了半刚性连接钢框架的附加有效阻尼比计算公式,基于该计算公式,通过参数分析研究了半刚性连接钢框架结构的3个重要参数对结构附加有效阻尼比的影响.结果 连接转动刚度增大,附加有效阻尼比增大,且影响较大;结构附加有效阻尼比随着节点抗弯承载力增大而减小,但是呈现非线性变化,随抗弯承载力增大,附加有效阻尼比的变化幅度逐渐减弱;结构变形幅度增大,附加有效阻尼比逐步增大,且基本呈现线性变化.基于参数分析结果 ,半刚性连接钢框架结构附加有效阻尼比可取0.005.结论 根据附加有效阻尼比修正设计反应谱.可以确定地震作用并进行半刚性连接钢框架结构的抗震计算.     

装配式两边连接钢板剪力墙节点抗侧性能试验研究与分析

为了将钢板剪力墙体系与新型全装配式钢结构体系结合起来,提出了一种适用于装配式高层钢结构的两边连接间断式盖板钢板剪力墙连接节点(discontinuous cover-plate connection,DCPC),并对此节点的构造与设计方法进行了研究.通过改变内嵌墙板厚度、连接螺栓数目及接触面摩擦因数设计加工了4组试件,并对其进行了静力加载试验和有限元分析对比.研究表明:增加螺栓个数可有效提高试件的滑移荷载,有效提高节点初始刚度,但增大了节点连接螺栓的预紧力损失,同时连接盖板与底板的残余变形也较大;增大试件接触面的摩擦因数可有效增大试件的极限抗侧承载力,但对螺栓预紧力的影响不大;螺栓预紧力的损失量随着内墙钢板的宽厚比和有效高跨比的减小而增大;内嵌墙板在破坏前拉力带充分发展,位移延性系数满足抗震设计要求,属于延性破坏;DPCP不仅具有良好的传力性能,而且便于加工与装配,同时保证了装配式钢板剪力墙的震后可修复功能.     

CFRP与钢组合斜拉索斜拉桥方案研究

针对现阶段斜拉索设计所面临的难题,提出了一种新型的基于碳纤维增强塑料(CFRP)与钢组合斜拉索的斜拉桥方案.该方案将CFRP斜拉索与传统钢斜拉索分别应用于斜拉桥恒载活载状态,发挥CFRP材料高强轻质,钢材料弹性模量大的优势而同时又弥补各自缺点.介绍了该组合方案的设计方法和关键力学参数,并利用参数分析给出推荐取值.通过构...     

锁铆连接在模块化装配式冷弯薄壁型钢结构中应用可行性研究

为了解决锁铆技术在装配式冷弯薄壁型钢结构中应用的问题,采用5种常见厚度的冷弯薄壁型钢锁铆连接及自攻螺钉连接进行了抗剪性能、抗拉性能对比试验;以自攻螺钉连接的性能为标准,依据抗剪与抗拉的承载力、刚度、延性、变形量等性能指标分析了锁铆连接力学性能的可行性;基于冷弯薄壁型钢结构房屋工地建造方式及锁铆连接工艺的特殊性,分析了锁铆连接施工可行性.研究结果表明:同等情况下,锁铆连接的抗拉性能指标及抗剪承载力、抗剪刚度、剪切延性均优于自攻螺钉连接,尤其抗剪刚度优势显著,但剪切变形相对较小;锁铆连接应用于非抗震结构中可行性较大,对于有抗震需求的结构可行性有待进一步验证;锁铆仅适用于工厂生产加工的模块化装配式冷弯薄壁型钢结构体系,且被连接的钢板组合厚度不宜大于4 mm.     

大跨度钢结构的抗连续性倒塌设计

为了实现大跨度钢结构的抗连续性倒塌设计目标,从结构体系布置的角度出发,对不同形式的大跨度钢结构,提出抗连续性倒塌设计的实用方法与措施：即对连续多榀平面桁架等平面结构体系,增设横向联系梁;对环向布置的结构体系,增设环形联系梁;对弦支预应力结构,拆分传力路径。关于抗连续性倒塌分析方法,根据不同的体系特点,说明了静力线性法、...     

装配式集装箱结构体系优化及节点性能

为建立装配式集装箱结构的标准体系并掌握其力学性能,以一个典型的集装箱建筑方案为基础,以规范要求为评价指标,对其进行了6种不同结构方案的静力分析和抗震分析,研究了设置横梁立柱、辅助拉杆等构造措施对结构性能的影响,结果表明:该集装箱建筑体系对风荷载较为敏感,构件截面主要由风荷载控制,地震作用不起控制作用,增加局部立柱和横梁对于提高集装箱建筑的抗侧移刚度作用不明显,而设置侧向拉杆则能有效加强结构抗侧移刚度.最后采用多尺度分析方法对结构所采用的装配式集装箱建筑节点进行了模拟分析,结果表明该节点在结构各种工况下均能保持良好的工作状态,可为类似集装箱建筑的节点选用提供技术参考.