斜拉索组合结构的受力特性分析

工程中斜拉索组合结构普遍可见,例如幕墙支撑体系中桁架结构穿插斜拉索单元,以此提升整体的受力性能。为研究斜拉索组合结构的受力特性,本文首先建立斜拉索在局部坐标系下的刚度矩阵,根据坐标转换构建整体坐标系下的刚度矩阵,然后通过提取刚度元素将斜拉索单元刚度矩阵和其它单元刚度矩阵进行集成,建立斜拉索组合结构的有限元模型,最后根据整体结构的静平衡方程,分析斜拉索组合结构的受力特性。     

考虑拉索滑移的索杆结构展开过程模拟

本文研究了拉索滑移对折叠索杆结构展开过程的影响。在提出一种基于悬链线解析解的二节点索单元的基础上,推导了索在支撑点处的滑移刚度,通过调整支撑点两侧索段的长度使两侧的索力满足协调关系,建立了能够考虑滑移的索结构运动过程分析方法。为了验证本文方法的正确性,对文献中介绍的两个算例进行了分析。分析结果表明本文方法能够正确有效的模拟索结构中的拉索滑移。最后对由四连杆机构和拉索构成的折叠索杆结构的展开过程进行了讨论。结果表明拉索滑移对索杆结构性能的影响较大;当拉索考虑滑移时,主动索的长度变化较小,而且节点坐标的改变幅度更大。     

CFRP斜拉索的计算理论和静力特性研究

本文以悬链线单元理论为基础,得出斜拉索单索静力计算方法。对碳纤维斜拉索在不同水平投影长度、不同应力条件下的静力特性进行了分析,并将计算结果与传统的等效弹性模量法的计算结果进行了对比。计算结果表明：CFRP斜拉索的非线形行为要小于钢拉索,即使对于低应力水平的拉索,采用足够的迭代次数,采用等效弹模法模拟斜拉索可以很好的控制误差。     

用于索承结构中斜拉索开环振动控制的磁流变阻尼器设计

斜拉索被广泛应用于索承结构,如大跨度桥梁或屋盖结构等.由于极低的内在阻尼,斜拉索易发生因其支承的运动或天气状况影响而引起的大幅值的振动.这些振动可以危及斜拉索本身以及整个索承结构的安全与寿命,甚至引起人们对该类结构信心的降低.在斜拉索减振的诸多方法中,采用磁流变阻尼器的智能阻尼技术近来引起了人们的研究兴趣.该阻尼器的阻尼特性可以通过调节(控制)磁场的输入电流/电压而改变,从而实现在不同振动(频率及幅值)情况下的最优或次优减振效果.本文发展了一个数学模型用于评价在开环控制状态下斜拉索-阻尼器系统的阻尼比.该模型考虑了阻尼器的安装高度、阻尼系数、刚度、质量、支撑刚度、磁变阻尼力以及斜拉索的垂度与倾角等因素,推导出了一个‘广义的通用公式’用于阻尼器参数的设计与优化,即寻求可提供系统最大阻尼比的最佳阻尼器参数.本文以目前世界最长斜拉桥——苏通大桥的最长斜拉索为例,确定了能够提供足够的阻尼以抑制风雨振的阻尼器安装高度以及相应的阻尼器参数.     

青岛帆船中心斜拉索廊桥设计

以多道设防为指导思想,完成了对青岛帆船中心斜拉索廊桥的结构设计。利用有限元方法,评估了预应力拉索对该结构性能的影响,分析了温度荷载作用下预应力拉索、结构构件的内力变化及结构本身支座反力变化的规律,并根据数值分析结果,进行了支座的节点设计。计算结果及设计内容均直接用于指导该工程的具体实施。     

预应力斜拉网格结构的非线性静力分析

对预应力斜拉网格结构的线性和非线性进行了对比分析。分析结果表明：当斜拉索跨度较大或垂度比较大时,不宜忽略斜拉索的非线性影响,应选用合理的方法进行非线性分析,综合考虑斜拉索由于自重垂度对刚度和索力的效应。     

斜拉索钢套管精确定位施工工艺

斜拉索是连接塔和梁的纽带,而斜拉索锚固钢套管是将斜拉索两端分别锚固在主塔和主梁上的重要构件,为了防止斜拉索与锚固钢套管口发生摩擦而损坏斜拉索,影响工程质量。因此,如何比较好地觖决套管精密定位至关重要,这将对以后斜拉桥的结构内力分配和成桥线性有直接影响。本文针对福建省省南平市光泽县桔子洲大桥主梁斜拉索套管的精密、准确、快捷定位进行了介绍。     

基于动力测评估斜拉索参数的一个实例

本文通过最小化频率测量值和计算值间的误差,建立了利用多阶测试频率识别斜拉索张力、长度、抗弯刚度、线密度及支撑条件等多个参数的方法,提高了斜拉索张力测试的准确度和可靠度.作为实例,对洞庭湖大桥的斜拉索进行了张力测试和参数评估.     

空间索面成对斜拉螺旋坡道结构施工技术

以上海博物馆东馆内部螺旋钢坡道结构为例,重点对该结构的主体安装及斜拉索施工作了详细阐述。对由空间索面成对斜拉的螺旋坡道结构在实际施工过程中的节点优化、临时支撑系统设置、安装工艺以及拉索张拉等关键技术进行了总结,为类似结构施工提供了借鉴。     

斜拉网壳结构的构件分析和非线性动力计算

斜拉网壳结构是空间网壳结构与柔性拉索族系的有机结合。文中导出了空间杆单元几何非线性刚度矩阵,阐明了斜拉索的非线性特性和塔柱计算,给出了结构非线性动力响应计算策略并做数值分析。计算表明,该类结构频谱密集,且自振频率明显高于对应的网壳结构;反应谱法与时程分析法的计算结果差别较大,因此对大跨度（斜拉）网壳结构须用后者验算。     

新型钢绞线拉索几何抗弯刚度试验研究

采用频率法对36根高钒索和不锈钢索进行了几何抗弯刚度试验,测得在3种预应力工况下3种直径高钒索和不锈钢索的各阶自振固有频率,然后提出基于Bernoulli-Euler理论的几何抗弯刚度迭代求解方法,识别计算出2种拉索的几何抗弯刚度.结果表明:随着拉索直径的增大,拉索几何抗弯刚度与全截面抗弯刚度的比值α逐渐降低,并拟合得到了α与拉索直径的函数关系.     

基于模态修复的索网结构关键刚度补偿方法

通过动力模态测试可以便于监测索网结构的刚度。通常仅需测试少量目标模态即可评价对主控荷载作用下的结构变形起主要抵抗作用的关键刚度。针对由预应力偏差引起的结构刚度退化问题,提出了通过补张拉来修复目标模态以实现索网结构关键刚度补偿的方法,建立了索网结构预张力偏差、单元长度误差与结构刚度矩阵变化之间的解析关系,分析了目标模态参数修复与结构关键刚度补偿间的理论关系。给出了一种密频区域内目标模态集合的简便扩展方法。基于矩阵摄动理论,建立了补张拉索的索长调整量与目标模态参数变化量间的方程。对于限定补张拉索数量的情况,采用补张拉索的优选策略以提高目标模态参数的修复精度。利用所提出的方法对一个具有预应力偏差的马鞍形索网结构算例进行了补张拉分析。计算结果表明,通过目标模态修复和补张拉索优选可以有效实现索网结构关键刚度偏差的补偿。     

鸟巢型索穹顶结构索杆退出工作后的受力性能分析

分析鸟巢型索穹顶结构在满跨和半跨荷载作用下部分索松弛以及单根索、杆破断后的受力性能。研究发现,脊索松弛对结构整体刚度的影响很大;而随着索、杆破断位置的不同,结构的受力性能有很大差异。     

体育场马鞍面单层索网屋盖结构方案分析

为满足某体育场屋盖采用马鞍面单层索网结构的需求,提出轮辐式单层索网结构和无内环单层索网结构两种方案。基于方案的外形、构件和节点设计信息,比较两种方案下的拉索、索端锚具和大型索夹节点用量等经济指标。利用有限元分析软件Midas/Gen建立模型,分析两种方案在静力荷载作用下的位移和索力,对比两种方案的结构整体刚度、索力大小和索力分布均匀性。利用有限元分析软件Ansys/Ls-dyna建立模型,采用拆除构件法分析两种方案断索后的动力响应,研究两种方案抗连续倒塌性能。结果表明：无内环方案的拉索、索端锚具、大型索夹节点用量均显著少于轮辐式方案的,经济性更好;无内环方案的刚度较大,整体性好,索力较小且索力分布更均匀;无内环方案断索后仍保持形状稳定且索力损失不明显,抗连续倒塌性能更好。     

Analysis on single-layer hyperbolic cable net structure schemes of stadium roof

为满足某体育场屋盖采用马鞍面单层索网结构的需求，提出轮辐式单层索网结构和无内环单层索网结构两种方案。基于方案的外形、构件和节点设计信息，比较两种方案下的拉索、索端锚具和大型索夹节点用量等经济指标。利用有限元分析软件Midas/Gen建立模型，分析两种方案在静力荷载作用下的位移和索力，对比两种方案的结构整体刚度、索力大小和索力分布均匀性。利用有限元分析软件Ansys/Ls-dyna建立模型，采用拆除构件法分析两种方案断索后的动力响应，研究两种方案抗连续倒塌性能。结果表明：无内环方案的拉索、索端锚具、大型索夹节点用量均显著少于轮辐式方案的，经济性更好；无内环方案的刚度较大，整体性好，索力较小且索力分布更均匀；无内环方案断索后仍保持形状稳定且索力损失不明显，抗连续倒塌性能更好。     

去索对无环索弦支穹顶静力性能的影响规律研究

无环索弦支穹顶结构的下部预应力索支体系较为繁冗,影响其整体受力性能且给施工造成一定困难,需要进行合理优化。以某体育馆60m跨屋盖为实例,研究去索对无环索弦支穹顶结构静力性能的影响。针对原结构下部三层预应力索支体系,设计了四种去索方案,综合分析不同去索方案对上部网壳结构总应变能、整体结构最大竖向位移和承载力的影响程度,确定最优去索方案。模拟最优去索方案对无环索弦支穹顶结构进行静力性能参数分析,研究撑杆高度、拉索索力、初始几何缺陷对结构刚度和承载力的影响。结果表明：去索位置越靠近中心,对上部单层网壳总应变能影响越小,对结构刚度和结构承载力的削弱越小,节约用钢量越少;去除第三层索对上部单层网壳应变能、结构刚度和承载力影响很小,建议在优化时优先考虑去除第三层索;第一层撑杆高度和第一层拉索预应力的增加可以使结构整体结构刚度显著变大,对结构承载力影响不大而对失效模式影响较大;第二层撑杆高度的变化对结构刚度无影响,对结构承载力和失效模式影响很小;第二层拉索索力的变化对结构刚度和承载力影响不大而失效模式影响较大;建议在优化时优先考虑调整第一层拉索和撑杆;初始几何缺陷对结构承载力影响较大,初始缺陷越大结构承载力越低,而对结构失效模式影响不明显。     

索撑双向网格型单层柱面网壳稳定性研究

双向网格型单层柱面网壳结构不仅外型美观、各构件布置规则,而且质量轻、采光好。但是随着网壳跨度越来越大,整体稳定性问题也日益突出,因此制约了此类网壳结构在实际工程中的应用。为此,针对双向网格型单层柱面网壳结构,提出了一种新型布索方案,即在双向网格面内布置斜拉索提高结构的面内刚度,在双向网格面外通过撑杆布置横、纵拉索提高结构的面外刚度。首先通过对不同跨度网壳结构的弹塑性分析验证拉索的布置效果,并考虑各种参数变化对结构稳定性的影响,论证了此类网壳结构的合理性和实用性。其次,结合模型的静力试验研究了此类索撑柱面网壳结构的稳定性,论证了拉索布置的合理性。结果表明,采用撑杆和拉索的交错布置后,网壳结构的受力更加合理,其承载能力有了大幅度提高。此类索撑网壳结构为缺陷不敏感结构,但是撑杆长度对结构承载能力的影响很大,对于不同跨度的网壳结构,撑杆的最佳长度有所不同,实际工程中要确保撑杆具有最佳长度。     

拉索式预应力平行弦钢桁架优化设计与方案讨论

基于拉索式平面预应力钢桁架的计算模型 ,建立了拉索式平面预应力钢桁架优化设计方法。利用该方法分别对工程中常见的三种不同的拉索式预应力平行弦钢桁架进行了优化分析 ,并对结构方案进行了比较。在此基础上 ,通过大量计算进一步讨论了这种结构的整体刚度条件、外荷载与钢索预拉力、所需钢索截面面积及总用钢量等因素间的内在关系 (由一组曲线表示 ) ,为拉索式预应力钢桁架结构方案的选取和设计提供了一种新的途径     

大跨度索穹顶结构抗火性能分析

根据内蒙古伊旗全民健身体育中心工程设计的需要,对大跨度索穹顶结构进行抗火性能分析。以温度-结构耦合为基本方法,基于大空间空气升温模型,考虑高温下材料的非线性,分析了结构在不同火灾工况下的响应,得到火灾下索穹顶结构变形、节点位移、杆件预应力损失的基本规律。研究表明：肋环型索穹顶结构侧向刚度较弱,对偏心火灾敏感,火灾下的挠度超限和侧向变形是导致结构失效和非结构构件提前破坏的主要原因;脊索尤其内脊索是火灾下预应力损失较为严重的杆件,中撑杆侧向位移控制是肋环形索穹顶结构抗火设计的重点。针对肋环形索穹顶结构侧向刚度较弱的缺点,在中撑杆上节点部位加设一道环向杆件进行结构体系的改进,可使结构的抗火性能得到较大改善。     

Deformability of hierarchic cable roof

The hierarchic structure is formed by the negative Gaussian curvature type saddle-shaped cable roofs by suspending separate roof’s corners to a higher level cable structure. These systems can be inter-combined to form wider roof areas. In order to reduce the complexity and the amount of calculation, and to avoid a calculation matrix convergence problem, calculation of stresses and displacements of complicated hierarchically subordinated structures with various geometrical parameters of a hierarchic roof could be accomplished by the sub-structuring method. The effect of interdependencies of separate structural elements and a higher level cable structure can be determined by the iterative approximation method. The following structural possibilities to decrease the deformability of a hierarchic cable roof were considered: increase in cable’s stiffness and decrease in cable’s dead weight. Steel and hybrid composite cable with increased specific strength used on the base of carbon fiber reinforced plastic (CFRP), glass fiber reinforced plastic (GFRP), Liquid Crystal Polymer (LCP) Vectra and steel were considered as materials of hierarchic cable structure. It was stated that increase in cable’s stiffness at tension has the most significant influence upon the deformability of hierarchic cable roof.