弦支穹顶结构施工技术及施工全过程模拟方法

弦支穹顶结构由于拉索的存在,其施工阶段的力学性能与其使用阶段不尽相同,其受力状态可能更为不利。通过系统研究弦支穹顶结构实际工程的施工工艺,提出包括施工顺序、预应力张拉施加方式、临时支撑系统和预应力张拉方式等4个关键施工参数,研究了弦支穹项结构张拉环索受力机理,并根据此张拉机理和所提关键施工参数建立了有限元分析的时变模型,编制了相应的计算程序。算例分析表明,应用该计算模型和方法,可以对弦支穹顶结构的施工过程进行精确控制,具有较强的适用性。     

基于随机缺陷理论的大跨度预应力弦支穹顶结构非线性整体稳定分析

基于初始几何缺陷随机分布特点,提出了弦支穹顶结构整体稳定分析的初始缺陷概率法,得到初始几何缺陷最大值和分布形式的合理取值.该方法全面考虑了节点施工定位偏差、杆件初偏心与初弯曲对弦支穹顶结构非线性整体稳定性的影响,其计算稳定性比传统特征值屈曲模态法的低30%左右.通过灵敏度分析,得到缺陷大小及分布对体系整体稳定的影响规律.研究表明:初始缺陷概率法能充分揭示初始几何缺陷对弦支穹顶结构整体稳定性的影响规律,初始几何缺陷的分布和大小更符合实际,并且偏于安全,得到的整体稳定系数具有一定可靠性.该法在2008年奥运会羽毛球馆弦支穹顶结构整体稳定分析中得到有效应用,模型试验验证了该方法的正确性.     

空间钢结构临时支撑布置的应变能跟踪算法

针对传统经验方法用于确定空间钢结构临时支撑体系布置方案时的不合理性,提出一种基于小生境遗传算法的优化算法,该算法以指数尺度变换后的结构总应变能为优化目标函数,采用格雷编码作为染色体的编码方式,对于规则的搜索区域,以连续的空间位置作为遗传算法的决策变量;对于不规则的搜索区域,以离散的空间节点作为决策变量,在进化过程中引入自适应的遗传算子和改进的最优个体保存策略;模拟“鸟巢”结构的一榀主桁架,验证了算法的有效性;研究矩形平板网架和某异形网壳的最优临时支撑布置方案.分析表明：应变能综合反映了结构的受力性能,该应变能跟踪算法对空间钢结构施工过程中临时支撑体系方案确定提供了科学的依据.     

CRD工法拆除临时支撑时隧道衬砌受力分析

地质较差地段的隧道施工一般采用CRD工法,进行二次模筑前要对临时支撑进行拆除,拆除顺序对隧道衬砌的受力影响较大.在对CRD工法施工过程进行数值计算的基础上,分析围岩及衬砌结构的内力,并按不同顺序对临时支撑拆除进行了变形计算,通过计算结果分析了临时支撑的拆除顺序.     

2008奥运会羽毛球馆新型预应力弦支穹顶结构施工监控

2008奥运会羽毛球馆屋盖新型弦支穹顶结构跨度93m.钢材用量60 kg/m~2.利用振弦应变计和全站仪对屋盖弦支穹顶结构的张拉施工进行了索力、网壳构件内力、网壳节点位移的全过程施工监控,并与ANSYS有限元分析的施工模拟值进行了对比.施工监控数据表明索力、构件内力、结构位移与仿真分析偏差在合理的范围之内,以索力为主控参数,节点竖向位移为第2控制参数,并综合考虑构件内力,认为结构施工张拉已经达到设计要求.     

摩擦耗能支撑减震结构参数研究

文章系统地研究了摩擦耗能支撑(FDB)参数对多层摩擦耗能支撑结构(FDBF)减震效果的影响.以结构顶层位移、层间位移和基底剪力为减震效果评价指标,通过对大量多层FDBF模型进行地震激励下的动力时程分析,全面考察了FDB 4个重要参数--布置方式、滑移力、支撑刚度、起滑位移--对结构减震效果的影响和规律.对原结构选取减震方案,并绘出结构中各层FDB的滞回曲线,从而直观反映了FDB的耗能性能.最后,对已有的FDB参数范围进行修正和完善,建议了选取FDB参数的总原则.     

外框斜柱竖向传力交汇点楼层处施工模拟分析

深圳某高层钢结构建筑采用斜交网格外筒+劲型钢柱+钢管柱+钢梁+核心筒结构的结构体系.由于结构的特殊性,在施工过程中增加临时支撑导致该结构额外受力.基于钢结构规范的设计要求,利用Midas软件进行相关施工模拟分析来判断结构的应力和变形是否超过规范的限值,进而判断在施工过程中增加临时支撑是否合理安全.     

弦支穹顶结构预应力设计及其抗震性能研究

本文给出了弦支穹顶结构的一种基于平衡矩阵理论和最优化理论的预应力确定方法。通过对不同预应力水平以及不同上部单层网壳截面弦支穹顶的模态分析讨论了该结构体系的动力特性。并研究了弦支穹顶在地震作用下的基本特性,对比分析了相应单层网壳和弦支穹顶的动力响应。分析结果表明：弦支穹顶结构的自振频率随着预应力水平的提高而增大;但随着上部单层网壳刚度的增大,预应力的大小对其自振频率的影响逐渐减小;弦支穹顶的下部张力集成体系（索杆体系）降低了上部单层网壳大部分单元在地震作用下的最大应力,尤其是外层单元的应力。     

罕遇地震下弦支穹顶的弹塑性动力响应分析

基于18个算例模型,对弦支穹顶在罕遇地震下的弹塑性响应特点进行考察,分析初始预张力、下部结构刚度及其对称性、支座连接条件以及矢跨比等因素的影响.结果表明,罕遇地震下大多数模型的塑性杆件主要出现在上部网壳的中部而不在临支座区域;增加初始预张力会造成结构的塑性杆件数及残余塑性应变明显增加;下部结构的对称性和网壳矢跨比对弦支穹顶的弹塑性响应最为敏感.提出一个定量评价罕遇地震作用后弦支穹顶破坏程度的极限承载力剩余率指标.利用该指标进行分析表明,7度时弦支穹顶结构的杆件按小震弹性设计、8度时按中震弹性设计,则罕遇地震后结构的极限承载能力一般能够保持在90%以上.     

新型大跨度弦支穹顶结构的动力特性与抗震试验

弦支穹顶结构是一种新型的预应力钢结构体系,适用于大跨度空间结构的屋盖.为了保证北京奥运会羽毛球馆新型大跨度弦支穹顶结构的抗震性能.利用北京工业大学的九子台阵系统完成了对9.3 m弦支穹顶结构模型的动力特性试验和振动台试验.试验测得模型的多阶自振频率、振型,得到了模型在竖直地震动作用下的加速度、位移、杆件应变、索轴力的响应及响应变化规律.试验结果表明弦支穹顶结构振型密集,在八度大震作用下,具有良好的抗震性能.     

基于ABAQUS的高速公路空心墩模板的数值模拟

针对贵州新田大桥某一薄壁空心墩在浇筑混凝土过程中内外模板的内力及位移是否满足国家现行规范要求的问题,应用数值计算软件ABAQUS进行建模并计算内力和位移,在浇筑过程中进行实时监测,将现场测得的位移与数值模拟结果进行对比.结果表明,模拟值与实测值有稍许偏差,但在合理范围内,证明模型具有一定的合理性;模板的对拉螺栓及横肋对整个结构的变形起到了很好的限制作用,提高了整个模板的刚度;内模板的受力相对于外模板较大,在设计和施工的过程中需要特别注意.     

钢管混凝土剪力墙钢板耗能键的参数设计

为了分析钢板耗能键的厚度、布置间距和跨高比对钢管混凝土剪力墙的影响,通过采用ABAQUS有限元分析软件,在低周往复荷载下,建立与试验对应的有限元模型.对不同参数试件进行了数值模拟分析,得出了不同参数的应力云图及骨架曲线.结果表明,钢管混凝土剪力墙的承载力和刚度与钢板耗能键的厚度、布置数量成正比,与跨高比成反比;该组合结构的延性随钢板耗能键厚度的增加、布置数量的增多而减小,随跨高比的增大而提高,为工程实践的参数设计提供了参考.     

基于GA优化人工免疫算法的结构故障诊断

针对大型结构的故障检测与分类问题,提出了一种基于GA进化机制的人工免疫算法.该算法将样本结构模式数据作为抗原刺激抗体集合,抗体集合经过选择、交叉、变异、构建最优抗体集合这一进化过程来提高记忆细胞质量,利用训练好的记忆细胞集合实现对实测数据的故障检测与分类.在Benchmark结构模型上的仿真实验结果表明,该算法能实现有效的故障模式识别,且提高了故障分类的成功率,引入了多父体交叉操作,扩大了算法的搜索范围,且能有效利用其他抗体的优良模式,克服了单纯人工免疫算法收敛速度慢的不足.     

多跨系杆拱桥极限承载力影响因素

为求得多跨系杆拱桥的稳定系数和安全储备,建立了多跨系杆拱桥的空间有限元模型.通过特征值屈曲分析,得到了成桥状态各工况的稳定系数,并分析了横撑刚度和数量对稳定系数的影响.考虑材料非线性和几何非线性的极限承载力分析,得到了成桥状态的活载稳定系数和恒载稳定系数,并分析了风荷载、温度作用、荷载布置和初始缺陷对稳定系数的影响.分析结果表明,特征值屈曲分析可以提供结构极限承载力的合理估计,横撑刚度对结构稳定系数的影响较横撑数量的影响要大;极限承载力分析过程中主拱四分点部位和跨中部位首先进入塑性状态,静风荷载对结构稳定系数的影响较温度作用和初始缺陷的影响要大.     

压电陶瓷自发电平台设计与能效分析

为探究压电材料在分布式供能下的发电效率,设计了一套压电陶瓷自发电试样装置,基于压电陶瓷发电能力影响因素的定量分析,设计了压电陶瓷发电能力模块测试平台;通过人体载荷试样,测得行进过程中压电陶瓷的发电能效;找到压电陶瓷数量、拓扑结构参数、载荷、振动频率及组合方式与发电能效之间的定量关系;并基于理论分析与试样研究,提出了提高压电陶瓷发电能效的解决方案.结果表明:压电陶瓷二次压电效应是影响发电的主要因素.利用压电材料的特性进行能量转换,为解决新能源问题提供了新途径.     

开口钢箱梁的顶推工法

针对传统的钢箱梁顶推施工中因箱体自重过大而导致局部屈曲的问题,提出了无顶板的开口钢箱梁顶推施工方案.基于ABAQUS软件分析了开口钢箱梁模型在顶推过程中的应力和应变,对跨中处梁段的弯曲失稳情况进行了后屈曲分析.结果表明,开口梁顶推过程中的应力和应变均在材料的允许范围以内,结构的稳定性能够得到保证;开口梁的顶推工法能够减小钢箱梁顶推过程中箱体的自重,通过调节支承的高度可以很好地解决最大悬臂段由于起拱现象导致的支承所受应力过大的问题.     

动力总成悬置系统优化与减振分析

为了解决汽车动力总成悬置系统隔振问题,建立了某型号动力总成悬置系统的仿真模型.针对悬置系统无阻尼和有阻尼的情况,对支反力进行了对比分析;选取四个橡胶悬置的12个主方向刚度为设计变量,以动力总成悬置系统在各阶固有频率主振方向上的能量解耦程度为目标函数,利用Adams/Insight模块对动力总成悬置系统进行优化,结果显示优化后的悬置系统支反力明显降低,减小了动力总成振动的传递,解耦程度有了明显的提高,通过优化悬置系统的减振效果有了很大的改善.     

液压驱动四足机器人变刚度力跟踪控制

针对液压驱动机器人在变刚度条件下力控制问题,建立了液压驱动四足机器人系统的阻抗模型和带有弹性负载的阀控缸模型.分析系统刚度变化对系统性能的影响,指出常规控制策略在精确足力跟踪控制中的不足,结合变刚度条件下阻抗模型和电液位置伺服系统的特点,提出实现精确足力跟踪的模糊自适应PID位置内环控制和模糊阻抗外环控制的复合控制策略.在半实物仿真平台上进行变刚度条件下的足力跟踪实验,仿真结果表明：在变刚度条件下,足力跟踪曲线最大超调及稳态误差均小于5%,调整时间基本相同,验证了所提控制策略的有效性.     

基于BCABC-SVM的边坡稳定性预测

为了准确地对边坡稳定性进行预测,采用支持向量机(SVM)建立边坡稳定性和影响因素之间的非线性关系.针对支持向量机参数对预测效果的影响,采用基于细菌趋化的蜂群算法(BCABC)对其进行优化选择,提出了边坡稳定性预测的细菌趋化的蜂群优化支持向量机模型.运用该方法对边坡实例进行预测,预测结果与边坡稳定性实际状态相吻合,结果表明,基于细菌趋化的蜂群优化支持向量机模型在边坡稳定性评价中具有一定的可靠性和有效性.     

基于TESW的正面碰撞建模理论与验证

为了研究碰撞安全设计中乘员胸部减速度峰值大小与乘员约束系统、初始碰撞速度、车体结构和乘员响应之间的关系,以线性弹簧刚度k模拟乘员约束系统,并建立正面碰撞模型.在保持最大动态变形量C和反弹时间t相等的特征下,采取简化的尖顶等效方形波TESW（tipped equivalent square wave）拟合实际碰撞中的车体减速度,计算质心时间等参数确定波型TESW的关键点.详细推导了基于尖顶等效方形波TESW的胸车动力方程并进行求解,比较了基于TESW的胸部减速度与实际胸部减速度,进一步加深了基于TESW的正面碰撞理论.结果表明：基于正面碰撞的TESW建模理论是正确的,且可以指导实际车体乘员约束系统的初步设计.