桁架非线性分析的间断线性处理方法

本文给出在承受比例加载或分段线性加载路径下,构成桁架的各单元具有分段线化的力与变形特性的一种桁架非线性分析的一种有效方法。只需计算线化段的端点效应,并由线性内插确定中间各点的效应。本文给出了每一线段的结构刚度矩阵和加载方向确定准则及全过程分析的迭代方法。     

白浪河大桥钢桁架结构可行性分析研究

采用Midas2013软件对潍坊白浪河大桥主桥钢桁架结构进行总体分析研究,假定钢桁架全部单元采用梁单元结构形式,所有杆件之间用固结形式模拟,材料在线弹性范围内工作,利用小变形、叠加原理分析研究,研究结果表明:该桁架桥结构稳定系数为30,具有较高的安全可靠性。     

基于多目标最优钢桁架拱桥体系的结构优化设计

目的研究钢桁架拱体系桥梁的结构优化设计方法.方法建立以桁架拱片的体系效率和总用钢量为综合目标的多目标优化模型.以上下弦拱顶竖直间距及构件截面尺寸作为设计变量,建立设计变量与满足结构强度、刚度及稳定性要求的状态变量之间的约束关系.并采用多目标最优化的一阶分析法来进行桁架拱桥的形状控制及构件尺寸确定.结果得到了设计中的中承式钢桁架梁拱组合体系桥的优化方案;桁架拱片形状的控制是重要的,随着拱顶高差增大,结构用钢量下降,但当拱顶高差超过一定高度后,用钢量反而上升.结论将体系效率与多目标最优化计算理论引入桁架拱体系桥的整体优化是可行的,结果也是合理的;体系效率的增加并不能确保用钢量的减少,因而结构体系效率的高低并不能完全反应经济性能的优劣.     

应力约束下预应力钢桁架离散变量优化设计

对影响预应力钢桁架优化设计的2类变量,包括连续的索力值和离散的截面尺寸进行研究.建立了以应力和结构质量为约束条件、以最小化结构应变能为目标函数的数学优化模型.以杆件在预应力和外荷载共同作用下储存应变能最小确定施加在索上的预拉力.计算构件由于尺寸改变引起结构质量变化和应变能变化之比的相对差商,以此确定搜索方向.应用渐进结构优化法逐步调整构件截面尺寸,循环迭代,直至索力值和截面尺寸达到最优.算例与预应力钢结构理论结果相吻合,可为预应力钢结构工程设计提供最优的索力值和型钢的选择.     

钢框架结构连续倒塌分析模型及应用

采用集中塑性铰模型模拟构件的材料非线性特征,建立平面钢框架结构的非线性倒塌模型,对某平面钢框结构分别进行了线弹性及非线性的连续倒塌分析,并将两者的计算结果进行了比较.结果表明,线弹性分析可以利用DC指标判定结构中的最薄弱部位,非线性方法可得到坍塌时结构的所有破坏部位,并可确定最终的坍塌破坏范围.     

平面钢框架精炼塑性铰法的改进与应用

目的 改进平面钢框架高等分析方法的精炼塑性铰法,真实有效地反映钢框架的极限承载力及有侧移框架结构的稳定情况.方法 在精炼塑性铰方法的基础上采用有侧移杆件作为计算单元,并对单元切线刚度矩阵进行修正来考虑结构的二阶效应(P-△),及有侧移杆件单元两端截面的塑性扩展.结果 采用改进后的方法的计算结果,与钢框架的经典算例及两层单跨钢框架实验的结果吻合良好.结论 钢结构的高等分析方法较真实地反映了结构在荷载作用下的内力和变形状态.得到了更精确的结果,比基于计算长度考虑构件稳定的线弹性分析的分析方法更优越.     

角钢-双T型纵横梁拼接节点承载特性研究

拼接节点作为钢桁架结构重要的连接部位,其承载力和刚度是影响钢桁架整体结构安全性和稳定性的重要因素。本文结合大直径钢桁架筒仓施工支撑平台设计提出两种角钢–双T型纵横梁拼接节点的拼接形式,为研究其承载特性,采用静力加载试验和有限单元法,对这两种拼接节点进行研究,分析相同受力和相同约束等条件下带腹板连接板拼接节点和带腹板端板拼接节点的抗弯刚度、极限荷载及破坏模式,以确定较合理的角钢–双T型纵横梁拼接节点的拼接形式,实现大直径钢桁架筒仓施工支撑平台的装配化施工。研究结果表明：相同约束条件下,当荷载达到150 kN时,试验测得带腹板连接板拼接节点的位移比带腹板端板拼接节点的位移小–1.73%,且其抗弯刚度比带腹板端板拼接节点高8.76%。采用有限单元法对带腹板连接板拼接节点和带腹板端板拼接节点进行数值模拟,当荷载达到极限荷载200 kN时,带腹板端板拼接节点塑性变形较大,最后带腹板端板拼接节点先于构件发生剪切破坏;当荷载达到极限荷载220 kN时,带腹板连接板拼接节点塑性变形较大,最后构件先于带腹板连接板拼接节点发生压屈破坏。带腹板连接板的拼接节点更符合“强节点弱构件”的节点设计原则,满足大跨度钢桁架节点拼接要求,其研究成果为钢桁架整体结构性能的研究提供理论依据。     

角钢–双T型纵横梁拼接节点承载特性研究

拼接节点作为钢桁架结构重要的连接部位,其承载力和刚度是影响钢桁架整体结构安全性和稳定性的重要因素。本文结合大直径钢桁架筒仓施工支撑平台设计提出两种角钢–双T型纵横梁拼接节点的拼接形式,为研究其承载特性,采用静力加载试验和有限单元法,对这两种拼接节点进行研究,分析相同受力和相同约束等条件下带腹板连接板拼接节点和带腹板端板拼接节点的抗弯刚度、极限荷载及破坏模式,以确定较合理的角钢–双T型纵横梁拼接节点的拼接形式,实现大直径钢桁架筒仓施工支撑平台的装配化施工。研究结果表明:相同约束条件下,当荷载达到150 kN时,试验测得带腹板连接板拼接节点的位移比带腹板端板拼接节点的位移小–1.73%,且其抗弯刚度比带腹板端板拼接节点高8.76%。采用有限单元法对带腹板连接板拼接节点和带腹板端板拼接节点进行数值模拟,当荷载达到极限荷载200 kN时,带腹板端板拼接节点塑性变形较大,最后带腹板端板拼接节点先于构件发生剪切破坏;当荷载达到极限荷载220 kN时,带腹板连接板拼接节点塑性变形较大,最后构件先于带腹板连接板拼接节点发生压屈破坏。带腹板连接板的拼接节点更符合"强节点弱构件"的节点设计原则,满足大跨度钢桁架节点拼接要求,其研究成果为钢桁架整体结构性能的研究提供理论依据。     

基于遗传算法的预应力钢桁架优化设计

目的针对预应力钢桁架的结构截面变量取值离散性、设计需考虑多种因素影响、计算重分析次数较多等特点，应用遗传算法对其进行优化设计，从而达到使结构受力合理，质量最轻的目的．方法通过有限元方法对预应力钢桁架结构进行结构分析，得到相应的应力、内力，然后按照一定的优化模型对结构进行遗传操作，得到优化结果．结果应用所编程序对平面预应力钢桁架实例进行优化设计，算例表明相对于其他优化算法，遗传算法在预应力钢桁架的优化设计中具有可行性和有效性．结论所编程序具有编程简单、快捷、搜索效率和求解精度较高等特点，克服了已有工程实践中通过多次试算，按经验来确定预应力值的弊端，为预应力钢桁架的优化设计提供了一种可行的方法．     

基于构件重要性系数的结构整体优化设计系统

在开发钢框架CAD系统的基础上通过对满应力优化算法的改进与拓展,将浮动应力指数法用于空间钢框架的优化设计;在结构整体优化方面,拓展了空间梁单元基于刚度的构件重要性的评估方法,在满应力优化的基础上对构件的应力比限值进行不同层次的修正,以各杆的惯性矩作为设计变量,每次迭代进行一次内力分析,然后走一个满应力步,根据相关的应力比结果进行位置移动,并最终收敛到优化的较优解.理论推导和算例表明,所给出的方法能够有效地反映结构中存在的薄弱环节,为结构实用优化技术的实现提供了必要的理论依据.     

曲线与直线连续型钢桁架桥结构性能对比

借助有限元分析程序,对曲线和直线连续型钢桁架桥在设计荷载作用下的结构性能进行对比,并通过荷载试验对曲线型钢桁架桥受力性能进行研究．从分析结果来看,在承受相同荷载情况下,直线型钢桁架桥弯矩效应和挠曲变形皆小于曲线型,直线型桁架桥比曲线型钢桁架桥拥有更好的结构性能,安全储备比曲线型钢桁架桥要高,受力性能更突出．     

基于PVM的网络并行计算在结构优化设计中的应用

结构优化涉及大量的目标函数、设计变量和设计约束，分析工作量大，求解非常费时，一个替代的办法是把整体结构优化分解为两层优化问题：顶层为协调层优化，底层为若干个子系统层优化，提出了一个改进的负载平衡算法，以10杆和52杆桁架为例验证了二层结构优化的可行性和收敛性，计算结果表明，问题粒度越大越能获得更好的加速比和并行效率。     

基于无网格方法的钢结构构件优化模拟分析

对基于无网格方法的钢结构构件进行了拓扑优化设计模拟分析的研究．以钢构件虚密度作为设计变量,引入势阱函数,构造以钢结构构件的柔度和势阱函数作为优化的目标函数．同时显式表达虚密度与材料弹性模量之间的对应关系,并通过引入势阱函数,使中间密度值向0／1两端聚集．在无网格法框架下进行了灵敏度分析,采用了序列二次规划法（SQP）作为优化算法进行了优化,验证了无网格法框架下进行钢结构构件优化模拟分析的可行性．     

钢腹杆PC组合梁桥抗弯性能

为研究钢腹杆PC组合梁桥的抗弯性能,开展了钢腹杆PC组合梁模型试验,研究了钢腹杆PC组合梁混凝土顶底板应变与主梁变形等随荷载的变化规律,揭示了组合梁弯曲应变沿截面高度的分布规律,得到了组合梁的破坏模式;进行了钢腹杆PC组合梁有限元参数分析,探讨了主梁高跨比和偏载效应对钢腹杆组合梁抗弯性能的影响;提出了钢腹杆PC组合梁截面开裂弯矩、钢筋屈服弯矩和极限弯矩计算方法。研究结果表明：钢腹杆PC组合梁桥的破坏过程包括弹性阶段、开裂弹性阶段、弹塑性阶段和失效阶段。在弹性阶段和开裂弹性阶段,钢腹杆PC组合梁截面顶底板变形满足“平截面假定”。钢腹杆PC组合梁跨中截面的变形与应力随高跨比的增大而减小。对于自重较小的钢腹杆组合梁桥,偏载对组合梁变形与应力的影响较大,且变形与应力增大系数随高跨比的增大而增大。与有限元和试验结果相比,本文提出的钢腹杆PC组合梁开裂弯矩、钢筋屈服弯矩和极限弯矩的计算方法具有较高的精度。     

桥梁结构失效模式搜索的分枝——约界法

对结构整体进行可靠性及风险分析,可以预防桥梁在其生命周期内发生垮塌等灾难性工程事故。目前,普遍认同的分析方法是结构体系可靠度理论,其首要问题是寻找桥梁可能出现的各种失效模式。针对桥梁结构失效模式搜索问题,本文以阶段临界强度分枝-约界法作为搜索准则,以车辆荷载作为主要荷载,介绍了系统极限状态定义、有限元结构建模及拓扑结构变化的实现、失效树遍历法则、最短失效路径集合搜索法则、伪失效模式的修正法则等相关内容,给出了搜索流程的主要步骤及实现方法。最后,将该方法应用于某钢桁架桥具体实例,结果表明：分枝-约界法能够搜索到该桥的主要失效模式,包括对称失效模式及最短失效模式。     

中国地质大学（北京）综合游泳馆钢网架结构施工技术

中国地质大学（北京）综合游泳馆工程篮球馆屋面结构为造型复杂的大跨度钢网架结构,施工质量要求达到北京市结构＂长城杯＂要求,且施工周期非常短,周边环境复杂.针对本工程的实际情况,结合钢网架结构常用的施工方法,通过对比5种吊装方案的技术经济效果,最终选定了高空散装方案施工,并详细介绍了大跨度复杂造型钢网架结构高空散装方案的关键施工技术及控制措施,为类似工程施工提供了技术借鉴.     

基于响应面法的车行索道桥非线性随机静力分析

采用响应面法对某大跨径车行索道桥进行了非线性随机静力分析,考察了结构参数和活载等因素的随机性对桥梁结构的几何非线性力学行为的影响。研究表明,响应面法是索道桥非线性随机静力分析的有效方法。索道桥的主要构件及其材料特性、几何尺寸和外部荷载的随机变异性对其成桥状态的结构响应值都有不同程度的影响。而主索的弹性模量又是其中影响最大的因素,在施工阶段应对其采取预控措施以减少或避免其量值的随机波动所造成的不利影响。     

巨型桁架筒体结构性能有限元分析

简介了巨型桁架结构体系的内涵、分类,并以大型支撑钢框筒为例,进行了试设计,建立了巨型桁架结构体系的分析模型,运用有限元方法进行算例分析,研究了巨型桁架筒体结构的静力特性。利用文中提出的角柱应力集中系数和材料效率指数,对框筒类结构的剪力滞后效应和轴力杆系的效率作出评价,对比分析表明采用大型支撑框筒明显改善框筒结构的剪力滞后效应,提高了结构的工作效率,巨型桁架体系是一种很有前任的超高层建筑结构体系。     

等效静力风荷载背景和共振之间的耦合效应

在结构动力学和随机振动理论基础上,推导出结构脉动风总响应的实际理论组合公式,首次定义了耦合恢复力协方差矩阵这一参数,提出用于补偿背景和共振分量之间耦合项的一致耦合方法（CCM）来求解结构的总风致响应,并赋予等效静风荷载背景和共振耦合项以明确的物理含义。以某大跨屋盖结构为例,采用CCM法进行风致响应和等效静风荷载计算,通过与全模态完全二次型组合（CQC）计算结果进行对比分析,深入揭示了背景和共振耦合项的作用机理,验证了本文方法的高精度和有效性,为此类结构风致响应和等效静风荷载的精确求解和机理研究提供新的思路。