薄壁钢板自冲铆接受剪性能及承载力计算方法研究

为将机械工程领域中效率与自冲化程度高的自冲铆接应用于冷弯薄壁型钢结构，对51组薄壁钢板自冲铆接进行了受剪性能试验。研究了钢板厚度、厚度比及铆钉长度对其受剪性能和破坏机理的影响规律，拟合出了钢板组合厚度与铆钉长度间的经验公式；分析了现有自冲铆接受剪强度计算方法和各国规范中自攻螺钉连接受剪承载力计算方法的适用性；基于试验和分析结果，提出了薄壁钢板自冲铆接受剪承载力计算方法。结果表明:钢板厚度和板厚比分别是影响受剪性能与破坏机理的关键因素，铆钉长度对受剪性能影响较大且存在较优长度，其可通过拟合出的经验公式快速确定；针对不同破坏模式提出的自冲铆接受剪承载力计算方法，与现有方法相比更适用于设计，且其精度更高、稳定性更好。     

大高差轮辐结构研究与应用

针对外环高度变化较大可能引起轮辐结构径向索受压的问题，通过设置刚性撑杆代替部分受压的径向索，解决了采用传统轮辐结构无法成形的难题。推导出轮辐结构的预应力态求解公式，考虑结构自重和索夹重量等的影响，通过反复迭代确定内环各节点的标高，形成索-杆混合结构找形分析方法。对大高差轮辐结构的受力性能进行较为全面的分析，考察了外环高差、径索系杆以及附加环索等参数的影响。计算分析结果表明：大高差轮辐结构在承受长轴方向半跨活荷载和风荷载作用时较为不利，但个别径索或撑杆失效不会引起结构连续倒塌。随着外环高差加大，撑杆数量相应增多，短轴构件及长轴上径索的内力增大，长轴下径索的内力减小。在长度较大的径索中部设置系杆，能够有效地协调上、下径索之间的变形。在长轴附近设置附加环索，可以通过增强相邻径索之间的联系，提高屋面支承结构的竖向刚度。大高差轮辐结构设置刚性撑杆的成形方法已成功应用于厦门新体育中心体育场工程。     

基于结构优化的张弦立体桁架经济性分析

在截面面积和索力值优化设计的基础上,建立以最小造价为目标函数的优化模型,参考市面上各种钢管和钢绞线的报价,提出在考虑结构位移和杆件强度约束下计算钢管直径、厚度的最优造价优化法。最后分别对预应力张弦立体桁架和非预应力张弦立体桁架进行优化,通过算例分析得出预应力张弦立体桁架相对于非预应力张弦立体桁架在经济上的优越性。     

桥梁的健康研究

为深化对桥梁性能、质量和维护问题的认识，提出了桥梁健康的概念，分析了桥梁设计、施工、使用阶段影响桥梁健康的主要因素。根据这些影响因素的特征，提出了桥梁健康研究应该注重的基本思路和主要方法，包括系统化研究、不确定性研究、全寿命分析、健康优化研究等。文中提出的桥梁健康的有关理论对桥梁设计、施工和使用都有一定的参考价值。     

2008奥运会羽毛球馆弦支穹顶结构模型动力特性试验及理论分析

对2008奥运会羽毛球馆弦支穹顶结构1∶10模型进行了动力特性的试验研究与理论分析。计算得出了模型不同施工阶段的频率值及振型;采用环境激励和正弦激励两种方法对模型的不同施工阶段进行了动力特性测定试验;阐述了试验的原理、过程及结果。研究表明:结构频率密集、周期较长、以竖直方向振动为主,振型大部分为正对称或反对称形态;结构阻尼比在0.02~0.03范围之内;理论计算结果与试验结果吻合较好。本文所得结论对2008奥运会羽毛球馆的设计、施工及今后相同结构设计具有参考意义。     

2008奥运会羽毛球馆新型弦支穹顶结构模型静力试验研究

制作了2008奥运会羽毛球馆1∶10缩尺模型,采用ANSYS数值模拟加载和模型试验加载两种方法,研究了模型在成型前单层网壳态自重作用下、施工张拉过程中、成型后设计荷载作用下和三倍荷载作用下,并直至加载破坏等各阶段的力学性能。将ANSYS数值模拟加载和模型试验加载结果进行了对比分析,获得了模型的构件内力、节点位移、支座水平位移的变化规律,得到了代表整体稳定性能的极限承载力的理论值和试验数据。研究了活荷载不对称分布对结构整体稳定性的影响,得到了模型整体失稳的破坏形态。研究表明,结构在低荷载下,理论值与试验值吻合较好,但在超载状态下两者偏差显著增大。主要因为在高应力状态下,弦支穹顶结构初始缺陷对结构性能影响开始显著,而数值模拟很难囊括各类初始缺陷的影响,导致试验所得整体稳定性低于数值模拟结果。另外,弦支穹顶整体稳定性对活荷载的不对称分布敏感,ANSYS得到的具有初始几何缺陷非线性稳定系数比实际结构高40%,设计和施工中应充分考虑,最终     

箱形柱内套筒式全螺栓柱拼接节点参数化分析

在研究的基础上,运用有限元分析软件ABAQUS进一步分析内套筒长度、内套筒厚度、法兰板厚度以及轴压比等因素对箱形柱内套筒式拼接节点的承载力、刚度以及滞回性能等抗震性能的影响。有限元分析表明:内套筒对于柱拼接节点有着增加节点承载力和刚度的作用,且内套筒长度、厚度越大,节点承载力和刚度越高,耗能能力越强;随着轴压比的增大,下柱腹板鼓曲非常明显,而上柱、柱座和内套筒的等效塑性应变均有减小的趋势。适当地增加轴压比(0.1~0.4范围内),可以提高箱形柱内套筒式拼接节点的承载力和刚度,并增强节点耗能能力,但轴压比不能过大,否则将导致下柱腹板屈曲,反而不利于柱拼接节点的受力。     

模块化装配式钢框架抗震性能研究

针对国内外工业化装配式高层钢结构体系的研究不足,为多高层装配式钢框架结构体系的研发与设计提供依据,利用有限元软件ANSYS 14.0对取自装配式实际工程中的单榀两层单跨钢框架进行静力及拟静力分析;研究框架在低周反复荷载作用下的耗能能力及延性性能,分析框架的承载能力及破坏机理。研究表明:装配式钢框架具有良好的变形性能,地震作用下,桁架梁端部弦杆形成塑性铰以消耗能量,装配式钢框架滞回曲线饱满表现出较好的塑性变形能力及耗能性能。     

翼缘盖板外置型可恢复功能装配式钢框架抗震性能试验研究

为实现震后快速修复，提出一种翼缘盖板外置型可恢复功能装配式钢框架，由带悬臂梁段圆钢管柱、中间梁段及两者之间的梁柱节点连接装置组成。该框架拟通过节点域翼缘盖板的塑性变形或滑移进行耗能，从而确保梁柱等主要构件保持弹性，实现框架的震后快速修复。通过对4榀框架的低周循环荷载试验，分析框架的承载能力和破坏模式、研究翼缘盖板厚度、单侧螺栓列数、初始残余变形以及加载制度等因素对框架抗震性能的影响规律。结果表明：提出的装配式钢框架具有良好的承载能力和耗能能力，加载过程中框架的塑性损伤主要集中在翼缘盖板，具备震后快速修复的必要条件；经过多次修复且带有残余变形的钢框架极限荷载较原框架降低约0.1%,总耗能量降低约1.08%,仍然具有良好的承载与耗能能力；钢框架平均单次加载循环耗能量降低约0.8%,低周疲劳性能稳定，具有良好的抵御余震能力。