基于瑞利-里兹法的预应力张弦梁变形与内力分析

预应力张弦梁在大跨度结构中得到了越来越广泛的应用,而我国尚未制订关于该结构的设计规范.针对工程中常见的圆弧线型预应力张弦梁,采用瑞利一里兹法分别推导了结构在荷载态与张拉状态下的变形与内力的计算公式,并通过三榀预应力张弦梁模型的张拉与加载试验对本文公式进行了验证.结果表明,本文公式得出的解析解与试验结果以及基于ANSYS的有限元计算值均吻合较好.     

双向张弦梁结构非线性分析及预应力取值研究

分析了张弦梁结构的受力形态,介绍了ANSYS模拟张弦梁结构的非线性有限元理论,并对一个双向张弦梁结构模型在荷载状态下的受力特性进行了非线性分析,同时对该类型结构的预应力进行优化,归纳得到合理预应力取值的准则,即从初始态到荷载态的变化过程中使得结构的梁单元两端的最大弯矩值(绝对值)最小。     

单向张弦梁结构的受力性能研究

大跨度空间张弦梁结构是通过撑杆连接抗弯构件和抗拉构件,并通过在抗拉构件上施加预应力而形成的一种自平衡体系。系统地研究撑杆数量、垂跨比、高跨比和预应力等参数变化对单向张弦梁结构位移和内力的影响,从而完成了单向张弦梁结构的荷载态优化。     

大跨度预应力张弦梁施工控制技术研究

对大跨度预应力张弦梁常见的施工方法及其特点进行了总结与分析。以上海源深体育馆预应力张弦梁为背景,通过基于ANSYS的优化分析、非线性全过程分析以及屈曲分析,重点研究了预应力张弦梁下弦钢索张拉力的优化、关键施工状态下结构的受力性能分析与稳定性分析等施工控制中的关键技术问题。在此基础上,进行了两榀预应力张弦梁1:9缩尺模型的施工模拟试验,研究了张弦梁施工全过程的受力性能。有限元分析与试验结果表明:对下弦钢索的张拉力进行优化可以有效地改善结构在设计状态下的受力性能;合理的结构设计可以保证张弦梁在施工过程中的强度与稳定性;预应力的张拉宜以跨中反拱作为控制指标;有限元计算值与试验结果吻合良好。     

大跨度空间张弦梁结构的设计分析

对预应力空间张弦梁结构进行设计计算，通过对计算结果的分析，认为空间张弦梁结构有着良好的受荷能力，抗震性能优越。     

张弦梁结构受力性能研究

对体外预应力张弦梁结构在竖向荷载下的受力性能进行了系统的研究,通过理论分析给出了单向张弦梁结构合理预应力的计算方法,并对单向张弦梁的合理高跨比和上下弦刚度比进行了探讨。在此基础上,进一步提出了双向张弦梁结构合理预应力及高跨比的计算方法。     

单榀张弦梁结构找形的简便算法

张弦梁结构(简称BSS)具有体系简单、充分发挥刚柔两种材料的优势等特点,在大跨度结构中得到了越来越广泛的应用。下弦索预应力值的确定和张弦梁零状态几何形态的解析解是求解常温荷载态下,以及高温荷载态下结构力学特征量解析解的基础。目前主要采用的做法是先行给定下弦索预应力值,然后通过数值模拟得到张弦梁零状态几何形态,但是,这种方法对结构设计人员可操作性不强。针对工程中常用的抛物线形张弦梁,通过对其预应力态下梁单元及索单元的微分平衡方程进行求解,以预应力态下张弦梁的几何形态为目标态,建立下弦索的预应力值与结构零状态几何函数间的关系,得出单榀张弦梁结构找形的简便计算方法。并将该方法的计算结果与基于有限元ANSYS软件模拟结果进行对比,误差不超过3%。结构工程师可以用这种简便计算方法设计零状态下张弦梁几何形态,从而得到满足建筑要求的抛物线形张弦梁几何形态。该方法的求解思路,也可为其它形状函数的张弦梁找形与分析提供参考。     

大跨度多曲面异形张弦梁钢结构施工技术的应用

为解决大跨度多曲面异形张弦梁钢结构施工中存在的难题，通过有限元分析软件对结构进行整体建模和找形分析，对张拉过程进行模拟，并确定每个索构件的下料长度，同时确定最合理的预应力张拉顺序施工方案。在完成BIM+全站仪定位放线、双拼式标准节支撑架搭设、大跨度张弦梁分段空中拼装等施工后，通过分组分级对称同步张拉等工艺进行张弦梁预应力拉索的施工，同时在整个施工过程中对整个结构主要受力构件进行全程实时应力应变监测，保证了预应力加载过程中的结构安全性，最终实现大跨度多曲面异形张弦梁钢结构屋盖的顺利施工。     

浅析大跨度体内预应力张弦梁结构的施工技术

新时期,随着中国经济的不断发展,人们越来越追求建筑结构的艺术性和独特性,因此建筑行业对建筑结构的研究也不断深入。大跨度体内预应力张弦梁结构最先是应用于我国的桥梁建筑结构中,就目前来看,人们对其研究还比较少,对当前大跨度体内预应力张弦梁结构的施工技术还把握不准,以下本文主要针对大跨度体内预应力张弦梁结构的施工技术进行了探讨和分析,为以后在建筑工程中的应用提出了可行性分析。     

体外预应力空间张弦梁结构的ANSYS仿真

运用 ANSYS 有限元分析软件对体外预应力空间张弦梁结构模型试验过程进行仿真计算,模拟了结构在张拉状态下的试验过程,分析了结构在张拉施工阶段的受力性能和变形特点,并探讨了不同预应力索间的相互影响。     

预应力拱架结构的找形方法

在预应力拱架结构成形过程中结构将产生较大的变位，其施加预应力前后的几何尺寸有很大差异。从工程应用的角度出发，定义了预应力拱架结构受力过程中涉及的工作状态，提出了以施加温度荷栽为媒介借助通用软件ANSYS进行找形的方法.运用本文方法可以迅速准确地求解预应力拱架结构的零状态几何和结构的初始态预应力分布，并可保持结构的完整性进行后续的荷载态分析。     

BSS结构体系形状确定分析

对预应力索-梁结构体系的形状确定问题进行了分析.采用对索段进行降温以实现索-梁结构预应力施加的降温法,通过大型通用有限元程序ANSYS提供的APDL语言进行结构建模,考虑结构的强几何非线性进行求解,可成功的求解预应力索-梁结构体系的零状态放样几何和初状态的预应力分布.由于未破坏结构的整体性,还可以在此基础上进行结构荷载态的分析.     

半刚性结构找形分析的实用方法

在讨论拉索预应力模拟方法的基础上,利用刚度法理论来确定半刚性结构零状态的几何尺寸。在初始态几何给定时,初始态的预应力分布决定了零状态的放样几何。首先给出了用于求解拉索初始缺陷长度的影响矩阵法;但该方法初始缺陷长度对控制点位移的影响因子是线性叠加的,即结构反应呈线性,这与半刚性结构的几何非线性相悖。为了减小结构非线性反应带来的误差,对影响矩阵法的影响因子进行了修正,提出了影响矩阵修正法。最后利用ANSYS参数化设计语言APDL编制程序对一个半刚性结构实例进行了找形分析,数值算例表明了影响矩阵修正法减少了影响矩阵法中结构线性反应假定带来的误差,能够应用于刚度较小的半刚性结构的找形分析。     

综放沿空巷道围岩系统混沌动力学特征研究

厚煤层综采放顶煤开采的沿空巷道顶、帮均为煤体或煤柱，其稳定性问题十分突出。以南屯煤矿综放沿空巷道为原型，进行围岩稳定性的离散元数值模拟，提取表征系统动力学性态的变量及时间序列，通过功率谱分析、分维数提取和最大Lyapunov指数计算，研究围岩系统的混沌动力学特征。综放沿空巷道围岩变形力学过程是一个混沌力学过程，具有对煤柱宽度及支护条件等初始条件的敏感依赖性。当煤柱宽度小于3m时，功率谱具有连续的噪声背景与宽峰特征，关联维数均为分数，最大Lyapunov指数一般大于0，系统处于混沌运动状态；当煤柱宽度为3～4m时，锚杆支护后功率谱的宽峰特征消失，频谱成分也不丰富，关联维数均为分数，最大Lyapunov指数由正变负，系统由混沌运动向定常运动转变，是系统动力学性态变化的拐点：当煤柱宽度大于5m时，系统处于定常运动状态。采用功率谱分析法和最大Lyapunov指数法，可以评价综放沿空巷道的混沌动力学特征。     

弦支穹顶施工全过程分析

弦支穹顶结构是一种刚柔杂交的预应力钢结构体系,实际工程少,施工经验不足,针对此结构的施工过程分析显得十分重要。基于非线性有限元原理,区分弦支穹顶结构的初始态和几何零状态,指出弦支穹顶的施工过程是结构从几何零状态到初始态的连续变化的过程,可以采用张力松弛法进行施工过程的模拟分析。通过分析2008年奥运会羽毛球馆屋盖的工程实例,考虑施工场地条件,确定下部索杆的张拉顺序,对结构施工进行全过程模拟分析。     

张弦梁结构预应力张拉的有限元模拟研究

文章介绍了张弦梁结构中预应力张拉有限元模拟的常用方法,对力模拟法、等效降温法和初应变法进行了比较,分析了这3种方法的特点,通过算例说明,采用等效降温法最合适,并讨论了张弦梁结构中需进一步研究的问题.     

基于“零位移法+应力平衡法”确定叠合梁斜拉桥的合理成桥索力

叠合梁斜拉桥的主梁为钢结构,桥面系为混凝土结构。针对叠合梁斜拉桥的特点,结合具体算例,采用平面双层框架模型模拟主梁。首先根据零位移法初定一个成桥索力;然后在此基础上考虑恒载和活载的共同作用,根据应力平衡法确定主梁弯矩的合理恒载可行域;最后根据索力对主梁弯矩的影响矩阵进行调整。这样所得到的索力更加符合斜拉桥的要求。     

基于颗粒离散单元法的获取任意相对密实度下级配颗粒堆积体的数值方法

土体的密实程度对土体的工程性质影响很大。获得给定相对密实度下的初始颗粒堆积体,是利用离散单元法进行土体细观力学分析的重要前提。基于离散单元法,首先获得颗粒在自重作用下稳定后的最松散堆积体。其次提出采用减小压实过程中颗粒间摩擦系数的拟振动压实法来模拟现实中的振动压实作用,并验证了其可行性。当压实过程中颗粒间摩擦系数为0时获得最密实堆积体。研究了拟振动压实过程中颗粒间摩擦系数与压实稳定后的堆积体孔隙率的关系。最后根据该关系可估算出获得任意给定相对密实度堆积体所需的压实过程中颗粒间的摩擦系数。研究结果表明:颗粒的配位数与粒径近似满足指数关系;通过减小压实过程中颗粒间的摩擦系数能较好的模拟振动压实效果;压实过程中颗粒间的摩擦系数与堆积体孔隙率满足负指数关系;该方法可获得任意相对密实度下的颗粒堆积体,可以为土体细观力学的数值模拟提供初始颗粒堆积结构。     

预张力值对郑州会展中心斜拉结构的稳定性能影响分析

郑州国际会展中心钢屋盖采用空间斜拉式张弦桁架结构,预张力的施加成为影响结构稳定性能的主要因素之一。以其钢屋盖的一个矩形单元为算例,借助ANSYS分析软件,模拟结构的初始状态进行分析。在自重和预张力作用下,对下悬张拉索分别施加不同大小的预张力,从0 kN到1 500 kN共计18种,研究预张力值变化与结构稳定安全系数以及屈曲模态变化所呈现出的关系。结果表明,预张力值对结构稳定性能的影响趋于复杂化和无规律化。建议在预张力施加过程中,对于稳定性能的影响评判要兼顾多方面的考虑。为斜拉张弦桁架体系在初始状态下的预张力取值提供了设计依据。     

Liquefaction of Unsaturated Sand Considering the Pore Air Pressure and Volume Compressibility of the Soil Particle Skeleton

A series of cyclic triaxial tests of unsaturated soils was conducted to get a better understanding of the general liquefaction state of unsaturated soils. In the tests, cyclic shear strain was applied to fine clean sand with the same dry density but different initial suction states under the undrained condition. During cyclic shear, the volume change of the soil particle skeleton, the pore air pressure and the pore water pressure were measured continuously. Having used the effective stress defined by Bishop (Bishop et al., 1963), where the net stress and suction contribute to the effective stress, our test results showed that unsaturated sand specimens with quite a low degree of saturation lose their effective stress due to cyclic shear. At a zero effective stress state, unsaturated specimens behaved similarly to liquids in much the same way as saturated specimens. From experimental and theoretical considerations, the zero effective stress state (i.e., liquefaction) for unsaturated sand was found to have been established when both the pore air and water pressures build up to the point where it is equal to the initial total pressure. A volume change of pore air under the undrained condition, if a volume change of pore water is negligible, is equal to that of the soil particle skeleton. Therefore, it can be concluded that the liquefaction of unsaturated soil generally depends on the volume compressibility of the soil particle skeleton and the degree of saturation. On the other hand, according to the ideal gas equation of Boyle-Charles law, the volume change required to bring about a zero effective stress state can be calculated from the initial pore air pressure (usually the atmospheric pressure) and the final pore air pressure (the initial confining pressure). Therefore, the liquefaction of unsaturated soils also depends on the initial confining pressure. Based on this concept, the liquefaction potential of unsaturated soil can be evaluated by comparing the volume compressibility of the soil particle skeleton and the volume change of the pore air required to bring about a zero effective stress state.