一次张拉V形腹杆内凹式索拱结构稳定承载力参数分析

稳定承载力是索拱结构分析和设计的主要内容之一。为了得到一次张拉V形腹杆内凹式索拱结构各主要参数对其稳定承载力的影响规律,利用ANSYS建立了索拱结构的有限元模型,采用考虑初始几何缺陷和双重非线性的全过程分析方法对其进行了静力稳定性参数分析。得到了支座水平刚度、腹杆数量、矢跨比、拱截面、索截面、腹杆截面和拉索初始预应力对该索拱结构静力稳定承载力的影响规律,可为该种类型索拱结构的工程设计提供参考。     

新广州站内凹式索拱结构模型静力试验研究

新广州站站房屋盖采用一种新型预应力索拱-内凹式索拱结构,为了解该种结构的张拉成形过程、典型荷载工况下结构性能和结构极限承载力及破坏位置,分张拉成形、4种荷载工况的加载及2种典型荷载工况的极限加载3个阶段,对2榀内凹式索拱的1/3缩尺模型进行了静力试验,并将试验结果与有限元结果进行对比,有限元结果和试验值吻合较好。研究结果表明：张拉成形后索力和位形基本达到目标,确立的张拉原则可行,给出了快速确定初始张拉力的计算公式;设计工况下结构处于线弹性阶段,满跨分布荷载时主拱全截面受压,以受轴压力为主,而半跨分布荷载时以受弯为主,弯曲应力在主拱应力中的比重较大;半跨分布荷载对结构整体稳定最不利,其极限承载力较满跨分布荷载降低较大,前者在主拱弯矩最大的位置破坏,而后者在轴压力最大的拱脚附近破坏;索夹的连接形式及支座的抗推刚度对结构的承载能力影响很大。图13表4参10     

全跨荷载作用下内凹式索拱结构受力过程中刚度的变化

针对现有关于全跨荷载作用下内凹式索拱结构受力过程中整体刚度变化规律研究较为缺乏的不足,采用试验验证和有限元分析的方法对其进行深入分析。首先介绍内凹式索拱结构整体刚度的计算原则,然后依据该原则对已完成的模型试验数据进行分析。在此基础上,通过改变某一典型实例中拱和索的矢跨比、截面以及结构初始缺陷等参数,建立不同参数下考虑双重非线性的有限元分析模型,并完成相应的分析工作,证实该类结构的初始刚度主要取决于上弦拱的矢跨比和截面,而受下弦索的影响较小。模型试验和有限元分析结果均表明,当拱索矢跨比差值约小于0.055时,全跨荷载作用下该类结构荷载-位移曲线的弹性段部分将具有较明显的非线性特征。     

交叉布索新型索-拱结构的静力性能及参数分析

结合弦撑式索-拱结构的撑杆布置特点以及张弦式索-拱结构的布索特点,提出了一种交叉布索索-拱结构。为了研究拉索节点位置、矢跨比、预拉力对新型索-拱结构的静力性能影响,建立了跨度60 m的交叉布索索-拱结构,采用ANSYS分析结构的静力性能,得出了一些实际性的结论。拉索节点位置越靠近拱体中点越可以极大地提高结构的竖向刚度,在均匀荷载作用下,拉索节点位置半跨1/6处结构的最大竖向位移比5/6处降低了40%;矢跨比的增加会提高结构拱脚处的稳定性,在不均匀荷载作用下,矢跨比0.15结构的水平支座反力比0.4降低1/3以下;预拉力的增加会降低下部索松弛的风险,但是增加拱体承担荷载的压力建议预拉力取值200 kN左右。     

基于平衡荷载态整体优化的双向张弦梁弹塑性极限承载力参数分析

为了研究基于平衡荷载态整体优化的双向张弦梁结构在弹塑性极限承载力方面的特征与规律,对影响结构承载力的主要因素:结构缺陷、荷载非对称性、支座形式、撑杆高度、预应力大小等进行了系统的弹塑性极限承载力分析。结果表明:双向张弦梁对初始缺陷并不敏感;结构设计、施工时对可能出现的非对称分布荷载需要仔细验算;在结构使用期内,一端固定铰支座,一端滑动铰支座是较为合理的支座形式;撑杆高度可明显提高结构极限承载力,同时应力比不大;双向张弦梁结构下弦索的预应力存在一个最优值,过大或过小都会使结构构件过早进入塑性。     

新型索-拱结构的平面内弹性稳定性能研究

所研究的索-拱结构,是在圆弧形拱轴线上,按照拱平面投影n等分处设置放射状索,以改善拱轴线上不均匀弯矩分布,达到提高纯拱结构稳定极限承载力的目的。利用牛顿-拉普森法和弧长法对这种索-拱结构在全跨均布荷载和全跨恒载+半跨活载作用下进行了完善和带缺陷结构的弹性大挠度跟踪分析,研究了索对两种荷载形式下结构的极限荷载和平衡路径的影响;提出的索-拱结构能显著地提高拱的极限承载能力并能有效地防止结构二次分岔失稳的发生,计算结果对索-拱的设计有参考价值。     

德令哈市体育场钢结构整体稳定性分析

利用通用有限元软件对青海省海西州德令哈市体育场罩棚进行整体稳定性分析,罩棚采用桁架拱结构形式,整体稳定性分析时考虑了初始缺陷、荷载作用范围及拱脚约束形式的影响.先对结构进行特征值分析,然后利用非线性有限元分析方法得出结构受载全过程荷载-位移曲线,以此为基础分析桁架拱结构整体稳定性能的基本规律.结果表明:结构整体稳定性随初始缺陷增大而降低;结构在全跨荷载作用下的稳定性比半跨荷载略高,结构在半跨荷载作用下整体稳定性对初始缺陷更为敏感;结构的整体稳定性随支座刚度的增大而增大.     

一种新型预应力索-拱结构的弹性稳定性能研究

本文所介绍的索-拱结构,是在圆弧或椭圆形拱轴线上,按照拱在重力荷载作用下的弯矩变化图设置撑杆和拉索（或预应力拉索）,以改善拱轴线上不均匀分布弯矩,达到提高纯拱结构刚度及稳定承载力的目的.利用弧长法对这种索-拱结构在全跨均布荷载和半跨均布荷载作用下的面内稳定性能进行了弹性大挠度跟踪分析,揭示了它的受力特性和破坏机理;同时文中还分析了矢跨比和撑杆高度的变化对索-拱结构受力性能的影响.     

一种适用于非圆形建筑平面的新型球面弦支穹顶结构静力性能研究

现有球面弦支穹顶结构主要适用于平面投影为标准圆形的建筑,其结构周圈的支座位于同一标高。当建筑要求的平面为多边形或者由多段不同直径圆弧构成的不规则曲线形状时,现有常规的球面弦支穹顶布置形式无法满足该类建筑的需求。为研究球面弦支穹顶在平面投影为多边形或多段圆弧构成的非标准圆形建筑中的适用性,介绍了一种新型球面弦支穹顶结构体系,该体系适用于非圆建筑平面,通过采用位于不同标高内的支座将受力性能较好的球面弦支穹顶结构应用到平面投影不规则的建筑中。其平面投影轮廓轴线由八段圆弧组成,长轴尺寸89.89 m,短轴尺寸82.674 m,短轴方向矢高4.104 m,长轴方向矢高4.876 m。上层单层网壳采用K8+联方型网格布置,共设置了五道环索和撑杆。研究了矢跨比、撑杆长度、环索初拉力、环索截面积和支座水平刚度等参数变化对该新型弦支穹顶结构的结构位移、杆件内力和支座反力等静力性能的影响规律。研究结果表明:1)随着短轴矢跨比、撑杆长度、环索初拉力、环索截面积和支座水平刚度的增大,新型球面弦支穹顶结构最大竖向位移减小。2)网壳最大轴力随着撑杆长度、环索初拉力、环索截面积和支座水平刚度的增大而减小,不随短轴矢跨比变化。撑杆内力和环索内力随着短轴矢跨比和支座水平刚度的增大而减小,随着环索初拉力的增大而增大,随着撑杆长度和环索截面积变化复杂。环索节点不平衡力随着短轴矢跨比、撑杆长度和支座水平刚度的增大而减小,随着环索初拉力和环索截面积的增大而增大。3)随着短轴矢跨比增大,支座水平反力基本不变,而支座竖向反力减小;随着撑杆长度和环索截面积的增加,支座水平反力减小,而支座竖向反力增加;随着环索初拉力的增大,支座水平反力、支座竖向反力值减小;随着支座水平刚度的增大,支座水平反力增大,而支座竖向反力减小。     

随机初始缺陷对辐射式张弦梁结构非线性稳定的影响研究

首先对适合网壳结构的传统随机缺陷模态法进行改进,使其更适合对辐射式张弦梁结构进行分析。采用迭代法对辐射式张弦梁结构进行形态分析得到初始态,再使用改进的随机缺陷模态法对结构进行非线性稳定分析,研究了矢跨比、缺陷幅值和预拉力对辐射式张弦梁结构稳定承载力的影响,最后将随机缺陷模态法与一致缺陷模态法的分析结果进行对比。结果表明:初始缺陷会使辐射式张弦梁结构稳定承载力降低,且缺陷幅值越大,结构稳定承载力越低;随着矢跨比减小,结构稳定承载力降低,缺陷结构稳定极限荷载相比于完善结构稳定极限荷载的下降率逐渐增加;索能有效地提高结构稳定极限承载力,降低结构对缺陷的敏感度;预拉力的增加使结构对缺陷的敏感度略微降低;当矢跨比不大于1/10时,可以采用一致缺陷模态法对辐射式张弦梁进行稳定性分析。     

客运专线中V型刚构拱桥极限承载力研究

结合工程实例,运用有限元程序,采用弹性屈曲、几何非线性屈曲、几何和材料双重非线性屈曲三种方法对钢管混凝土拱桥的极限承载力进行了分析,并给出了影响拱桥极限承载力的主要参数,研究表明结构极限承载力与结构材料非线性的考虑与否、材料屈服应力的大小、荷载分布方式以及温度的变化有关联,对此类桥梁稳定性能的研究以及类似桥梁的设计有一定的参考价值。     

大跨度钢管混凝土系杆拱桥极限承载力分析

采用线弹性、几何非线性、双重非线性三种方法,对大跨度钢管混凝土系杆拱桥极限承载力进行了分析,并讨论套箍效应和布载方式对极限承载力的影响。计算结果表明,对结构极限承载力分析时应考虑双重非线性和套箍效应,布载方式对极限承载力有很大影响。     

大跨度刚性梁柔性钢管混凝土拱桥承载力分析

综合考虑了结构双重非线性因素，对该桥的极限承载力进行了深入研究。分析研究表明，对此类桥梁进行极限承载力分析时，材料非线性比几何非线性更为重要；加强拱脚处的拱肋及缀板能显著提高结构的承载能力。     

某拱形刚架体育馆极限承载力研究

采用ANSYS Beam189单元,对某体育馆多次变曲率、变截面拱形刚架进行了弹性、几何非线性、几何材料双重非线性分析。通过调用外部程序直接施加残余应力,考虑初始几何缺陷,对结构进行了极限承载力分析。对比了各种分析的结构荷载—位移曲线,评估了结构的安全性能,为同类工程提供分析借鉴。     

初应力对哑铃型钢管混凝土拱承载力的影响

根据钢管混凝土拱桥特点,采用包含初应力的实体—空间梁单元法来计算哑铃型钢管混凝土拱桥承载力的方法,计算3种哑铃型拱肋,分析了不同初应力系数、不同含钢率和不同跨径的因素对哑铃型钢管混凝土拱桥承载力影响规律,结果表明,初应力导致拱肋的极限承载力下降。     

双曲索网结构极限能力影响因素分析

以双曲抛物面索网结构为研究对象,考虑索网结构在变形、失稳破坏期间的几何及材料非线性特性,采用钢绞线本构关系及ANSYS中索单元,对双曲抛物面索网在固定边界条件下承受静力荷载作用下的极限承载力进行分析,研究了索网结构中索的初索力及索网结构几何大小对索网结构承载能力的影响.结果表明,索网结构随着预应力比的增加,索网结构的承载能力逐渐下降,在半跨荷载作用下,索的极限承载能力相对于全跨荷载工况略有提高;随着预应力增大,两种荷载布置引起的极限荷载差别减小.在工程上,常用几何大小范围内几何尺寸对极限承载能力的影响不大.本文结果可供索网结构设计及施工时参考.     

混凝土斜拉桥与T构协作体系的极限承载力研究

考虑结构的材料非线性和几何非线性,通过对协作体系金马大桥进行全过程非线性分析,得到了结构的极限承载力。研究了混凝土收缩徐变、加劲梁配筋率、斜拉索的安全系数、加载方式等因素对协作体系桥梁的极限承载力的影响,结果表明斜拉索的设计安全系数是很重要的影响因素,应加以重视;全桥和半桥加载时,弹塑性极限活荷载安全系数分别为21.4和9.67,表明金马大桥这种协作体系具有良好的极限承载能力;其弹塑性极限承载力远小于弹性极限承载力,研究结果可以为同类桥梁工程的设计和计算提供参考。     

吊索与钢管混凝土拱桥新型节点承载性能分析

吊索与钢管拱的连接节点设计是大桥建设中的一个技术难题,采用新型的外置索座式节点设计,为各国所首次采用.通过有限元方法建模,对终选方案节点进行在多种工况下的承载力分析,研究了其应力分布及变形特征,并提出实施时的改进意见.计算分析结果表明：该方案满足结构承载力和变形要求,施工难度较小,同时与现场原型试验结果吻合也较好.该新型节点工程在实际应用中也取得了良好的效果,可为相关工程提供有益的参考.