新型薄壳结构的实用设计方法(四)

(二)装配式园柱形薄壳的静力计算 前述园柱形薄壳静力分析法可适用于一般无肋壳体。但在装配式结构中,由于壳体在纵横向均具有小肋,因此为了保证分析结果接近结构实际工作情况,就必须考虑壳体的各向异性的工作特征,以下我们建议一个能分析这类薄壳的实用计算方法。 1.基本假设 除了一般园柱形薄壳之基本假设外,我们还引入: (1)肋宽较肋高为小,故不考虑肋传递剪力; (2)肋之间距颇密,且不大于0.76d~(1/2)。(若肋之间距超过上述规定,本方法仍能应用,但这时必须取肋之有效宽度为0.7~6     

加肋双曲扁壳计算方法的研究

本文根据实际设计体验讨论带斜肋的钢筋混凝土双曲扁壳屋盖的计算方法(见图1)。扁壳所采用的曲面为沿对角线方向的滑动曲面,主曲率半径R=45.46米,矢高f=7.33米,在边缘构件上拱的矢高f_x=f_y=3.82米。肋的布置平面见图2,所加肋的截面为18×25厘米,肋的间距为3.536米;边缘构件采用有预应力拉杆的双铰拱,拉杆分批施加预应力,以控制边拱的弹性变形使得更符合于简支的边界条件。屋面支于四角的柱子上,为减少不均匀下沉采用了钢筋混凝土桩基础。壳体采用顶升法施工,利用高为0.5米的柱块逐     

组合肋壳结构静力特性分析

组合肋壳是一种新型的空间结构形式,采用组合结构有限单元法对组合肋壳结构的静力特性及其影响因素进行了系统分析,并与带肋钢筋混凝土薄壳以及光滑混凝土壳体进行了比较。分析结果表明,随着矢跨比和截面尺寸的增大,边界条件接近刚性,组合肋壳的极限承载力增大;与其它两类壳体相比,由于组合肋中钢肋的存在,使得组合肋壳整体刚度增大,承载能力提高,结构的薄膜压力分布更为合理。     

新型薄壳结构的实用计算方法(六)

三、双曲薄壳的静力分析 (一)一般方程式的建立 1.基本假设 除了扁壳的一般基本假设外,还引入: (1)肋宽皎肋高为小,故不考虑肋传递壳体的势力与扭矩。 (2)肋的间距远小于壳体平面尺寸,故可近似地视带肋壳为正交异性的匀质体。 2.基本方程式 壳体座标、表面荷载分量、位移分量及内力分量的正号方向如图1所示:     

大型正多边形气柜壳体的试验研究

对正常工作状态下30万m3正多边形气柜壳体的应力与变形进行现场实测,给出组成气柜壳体的环梁、立柱和带肋壁板的变形和应变随活塞运行高度的变化曲线,分析它们在活塞运行中的受力特点和相互作用,并应用有限元模型进行分析。将简化分析方法推导的公式的计算值、有限元结果与实测数据进行比较,三者吻合较好。研究结果表明,简化设计时环梁可以视为立柱的不动支点;立柱及其两侧的部分壁板,可视为支承于环梁上的弹性地基梁;带肋壁板可视为支承于立柱上的宽翼缘梁,且存在剪力滞后现象;壁板可视为支承于横肋上的连续板;建立气柜壳体的四分之一有限元模型进行设计分析是可行的;将气柜壳体展开为平面结构体系的简化分析方法具有较好的适用性。     

横隔板缺口形式对正交异性钢桥面板疲劳性能的影响研究

以梯形及矩形截面形状的纵向加劲肋组合3种缺口类型的横隔板,建立正交异性闭口加劲钢桥面板有限元实体模型进行加载,用ANSYS程序计算分析了横隔板不同缺口形式的正交异性钢桥面板力学性能、正交异性钢桥面板、纵肋、横隔板三者连接处的应力状态以及不同缺口形式的正交异性钢桥面板疲劳性能,研究了横隔板缺口形式对正交异性钢桥面板静力力学性能以及疲劳性能的影响。     

柱壳和锥壳结构自由振动特征的数值计算与校验

为了评估柱壳和锥壳结构自由振动特征数值计算的精度,分析不同边界条件、环肋、纵肋以及流体载荷对自由振动特征的影响,计算并校验了典型壳体结构在空气中、浸没以及浸没并充满水情况下的自由振动特征。结果表明,空气中干模态分析在2 kHz内、单面及双面接触水情况下的流固耦合湿模态分析在500 Hz内的计算精度能够控制在10%以内。壳体流固耦合自由振动分析时可以采用实体单元离散也可以采用壳单元离散的方法,前者精度略高,能够有效保证求解收敛的频带范围更宽,但工作量更大。径长比大于0.2时,浸没于水中的自由振动分析可以转换为内部填充水时的自由振动分析,转换时应保证两者流固耦合湿表面积相等,如半浸水和半充满水,能够有效减小计算量;环肋和流体载荷对壳体自由振动特征的影响明显,环肋使柱壳同阶自振频率增加,流体载荷使柱壳同阶自振频率减小且影响幅度更大,两者均会使得柱壳模态振型呈现错序排列;流固耦合效应对无肋柱壳和环肋柱壳自振频率的影响效果相当;柱壳内外有水相对于单面接触水而言,同阶自振频率进一步减小,模态振型基本不变;流体载荷对环肋锥壳的自振频率和模态振型的影响幅度较对环肋柱壳小。     

基于风洞试验的对称截面高层建筑三维等效静力风荷载研究

基于刚性模型表面测压风洞试验建立高层建筑三维风荷载模型,进而运用振型加速度法求解风振响应动力方程,得到了包含拟静力项和惯性力项的弹性力响应解,并推导了对称截面高层建筑顺风向、横风向和扭转向风致随机内力响应。在此基础上提出了基于内力响应等效的可考虑高阶振型贡献的对称截面高层建筑顺风向、横风向和扭转向等效静力风荷载计算方法。结合某一对称截面高层建筑工程实例,对采用上述方法计算得到的结构三维等效静力风荷载进行分析并与我国规范方法顺风向等效静力风荷载计算结果进行比较。结果表明,高层建筑结构抗风设计应该考虑三维等效静力风荷载,且二阶振型对高层建筑等效静力风荷载的贡献不可忽视。     

带肋圆管X型相贯节点静力性能研究

加劲肋可以提高钢管相贯节点的静力性能,然而目前国内外对带肋圆管X型相贯节点的研究较少,本文根据试验建立了带肋圆管X型相贯节点的有限元模型,并进行参数化分析,以研究加劲肋对节点静力性能的影响。研究发现加劲肋能够使节点相贯区域的应力分布更加均匀,从而节点区域的最大应力得到明显降低,可以有效提高节点的静力承载能力,并且加劲肋的方向、数量以及厚度的变化都会对节点的静力性能产生影响。同时,由于加劲肋的存在,主管管壁的变形受到限制,传统的以主管管壁变形来判定节点是否发生破坏的方式不再适用,因此本文提出了新的判定节点发生破坏的方式。     

竖向外伸肋板对高层建筑气动力特性影响的试验研究

为研究建筑外表面竖向外伸肋板对高层建筑气动力的影响,试验中采用了1个未设置肋板的参考模型和4个不同肋板布置形式的研究模型,通过模型测压风洞试验,获得了不同风向角下各模型的表面风压,进而对比分析了各模型的基底弯矩系数和层风力系数。试验结果表明：在所有试验模型中,外伸宽度d(d=7.5%D,D为模型长度)较小且靠近建筑边缘(b=15%B,b为肋板与模型边缘距离,B为模型宽度)的竖向肋板可以有效降低横风向脉动层风力系数,最大降幅为40.17%;竖向肋板可以有效降低基底弯矩系数的极值,顺风向和横风向的基底弯矩系数极值最大降幅分别为28.64%和39.02%。通过对比横风向气动基底弯矩功率谱密度发现,无肋板参考模型与加肋板模型的功率谱密度接近,说明竖向肋板的作用并非改变横风向脉动风荷载的能量分布,而是降低其强度;通过研究基底弯矩的相平面轨迹发现,当竖向肋板外伸宽度较小时,顺风向和横风向基底弯矩相关性随着竖向肋板外伸宽度的增大而增强。总体上,通过合理的竖向肋板布置能够取得较为显著的气动优化效果。     

考虑箍筋和横肋影响的现浇圆筒芯空心楼盖受剪性能试验研究

为研究现浇圆筒芯空心楼盖的受弯和受剪性能,进行了2组共6个试件的试验。通过荷载-挠度曲线的比较,研究了截面空心率和横肋对空心板弯曲性能的影响。根据实测板端受剪承载力的对比和实测箍筋应变的分析,研究了横肋对横孔板受剪承载力的影响,以及顺筒肋箍筋对顺孔板和横孔板受剪承载力的不同作用机理。研究表明,横肋有助于改善横孔板的弯曲性能,当截面空心率低于45%时横孔板与相应顺孔板的受弯性能基本相同。横肋弥补了通孔横孔板在剪力传递机理上的缺陷,能显著提高横孔板的受剪承载力。顺筒肋中的箍筋对横孔板的受剪承载力贡献极小,可忽略不计。同时依据试验结果,提出了考虑箍筋和横肋影响的受剪承载力计算方法。     

V撑连续钢构组合拱桥稳定性分析

采用SAP2000有限元分析程序建立了某V撑连续刚构组合拱桥三维有限元模型,在此基础上计算了横撑、吊杆、系杆、横梁及拱肋对该桥横向稳定性的影响。计算结果表明,横撑布置形式、吊杆非但向力、拱肋横向刚度对该桥的稳定性影响较大,其他情况对拱肋横向稳定性影响均不明显。希望计算方法及结论对同类型的桥梁具有借鉴意义。     

预制保温密肋复合壳体墙受力性能研究

针对传统的密肋复合墙体需要在孔洞区域填充砌块、不利于装配式结构高效施工的问题,提出了一种新型保温密肋复合壳体墙。这种新型墙体在孔洞区域中间填充保温苯板,两侧浇筑一定厚度的混凝土,与肋柱、肋梁和外框架形成整体。结合相关规范和材料力学理论,计算了密肋复合壳体墙的轴心受压承载力和受剪承载力,以及墙体在水平荷载作用下的侧向刚度。计算结果表明,密肋复合壳体墙的承载力和刚度均大于密肋复合墙,具有推广和应用价值。     

提篮拱桥拱肋及横撑对其稳定性的影响

采用有限元软件MIDAS/Civil建立模型,分析了拱肋和拱肋间横撑对某提篮拱桥稳定性的影响,从分析结果可以看出,减少拱肋的横撑,结构的稳定系数将减小,其中采用K撑的拱肋的稳定性比采用一字形横撑的稳定性要好。     

钢管混凝土拱桥拱肋线形控制技术研究

结合实例介绍了钢管拱肋预拱度的计算方法原理，并且提出将数学几何法和正装分析法结合起来对拱肋控制点的标高进行分析计算。根据计算结果采取各种调节手段对施工过程进行控制，实践证明该方法具有一定的可行性和应用推广性。     

现浇圆形管空心楼盖抗剪问题及其改善方法

本文通过两个对比组共六个试件的试验研究指出,配置在孔间纵肋内的箍筋对横孔板受剪承载力影响甚微,可以忽略不计;沿垂直于孔道间纵肋的方向设置横肋则可以显著提高横孔板的受剪承载能力,从而减小圆筒芯空心楼盖在两个方向抗剪能力的差距,使现浇空心楼盖的设计更趋合理。     

现浇空心板宏观基本本构关系

研究宏观等效泊松比和弹性模量。首先通过解析方法,推导空心板作为双向肋板的泊松比的计算公式。其次根据应力分布特点,提出圆孔空心板横管向弯曲、轴压弹性模量的有效截面计算方法,确定竖向倾角0α=22.5°的孔半径所在水平线为有效截面的边界线,并给出计算公式。此外研究还发现,双向肋板中存在横肋引起刚度增大的“横肋效应”现象,给出该现象的量化表达式。所提方法和公式均通过理论、数值验证,是现浇空心板结构计算的理论基础。     

土工格栅纵横肋的筋土承载特性分析

为研究土工格栅纵横肋与砂土的界面受力特性,进行了不同法向压力的格栅拉拔试验,分别设计了横向与纵向剪除横肋的6种拉拔试验工况,研究横肋减少对格栅受力、拉拔阻力峰值和位移及似摩擦系数的影响,并分别对比了整体剪切和刺入剪切破坏模式下的格栅拉拔阻力,揭示格栅筋土界面的相互作用机理。结果表明,随着横肋的减少,格栅拉拔阻力和似摩擦系数不断地变小;横肋沿横向减少的格栅最大拉拔阻力大于横肋沿纵向减少的最大拉拔阻力,完整横肋有助于筋土界面的加筋作用的充分发挥。理论计算格栅界面摩擦力约为18%~19%的试验拉拔阻力,而试验获得的格栅界面摩擦力与试验拉拔阻力的比值为29%~33%,横肋与土体挤压咬合产生的承载力分量占了总拉拔阻力的67%~71%,横肋极大提高了土工格栅的拉拔阻力。     

新型薄壳结构的应用及其实用计算方法(三)

(五) 计算实例 折板复盖的柱网为12×18米,其计算尺寸则为11.72×18.00米,整个结构系由简支于二端横隔板上的四块薄板及二根边梁组成(图18)。     

肋梁式网架结构的理论分析

对肋梁式网架结构进行了理论分析,介绍了肋梁式网架结构几种不同的计算方法,在分析的过程中运用空间网架结构计算软件MSTCAD和有限元软件ANSYS对结构进行了静力和动力分析。并讨论了不同网架形式和肋梁形式对结构力学特征的影响,得出具有工程实际意义的结论。