新型加强型钢拱梁的性能分析及优化

通过有限元软件ANSYS,本文计算分析了在钢拱梁轴线平面内增加适当的撑杆和预应力索而形成的新型加强型钢拱梁结构的受力性能,并且分析了改变加强型钢拱梁两侧撑杆的相对长度对改善结构受力性能所起到的优化作用,显示了两个加强型钢拱梁在不同竖向荷载作用下结构应力和位移的变化规律。结果显示两加强型钢拱梁的刚度和承载力与普通大跨度钢拱梁相比均有很大的提高,改变两侧撑杆相对长度的加强型钢拱梁与原加强型钢拱梁相比受力更加合理。     

大跨度预应力加强型钢拱的性能研究

预应力加强型钢拱是指根据大跨度钢拱承受竖向荷载时的内力及变形分布,在钢拱轴线平面内增加适当的撑杆和预应力索,以改善其受力性能、提高刚度和承载力的新型结构体系。运用有限元软件ANSYS,分析了预应力加强型钢拱在不同竖向荷载作用下以及施加不同初始预应力时应力和位移的变化规律,同时与普通大跨度钢拱进行了对比,结果显示预应力加强型钢拱具有很大的优越性,刚度和承载力都有很大的提高。     

支座不等高拱形波纹钢屋盖承载性能研究

随着拱形波纹钢屋盖(简称波纹拱)在我国的广泛应用,支座不等高等特殊波纹拱在实际工程中得到应用.目前,支座不等高拱形在竖向荷载作用下的承载能力尚难以求得.通过以18m跨MMR-238型波纹拱为对象,采用ABAQUS有限元软件,对不同矢跨比下,支座不等高对波纹拱在不同竖向荷载工况下承载力的影响进行研究.在全跨竖向荷载作用下,与同跨度等高支座相比,支座不等高波纹拱的极限承载力有较大降低,而在半跨竖向荷载作用下,支座高度差对结构的极限承载力影响较小.     

竖向荷载和水平荷载共同作用下钢管拱平面内稳定承载力设计研究

采用二阶弹塑性有限单元法对竖向荷载和水平荷载共同作用下的圆形截面两铰抛物线钢管拱的平面内稳定承载力进行研究。考虑材料非线性、残余应力、初始几何缺陷、矢跨比和长细比等因素对钢管拱平面内力稳定承载力的影响。结果表明：残余应力对其竖向承载力影响很小;初始几何缺陷会显著降低中等长细比钢管拱的承载力;矢跨比和长细比是影响钢管拱承载力的重要因素,但拱的竖向承载力并不随矢跨比和长细比的均匀变化而变化。研究竖向荷载和水平荷载共同作用下两铰抛物线钢管拱达到平面内极限状态时的N-M相关关系,并拟合两铰压弯抛物线钢拱承载力N-M相关关系统一表达式。提出了竖向荷载为全跨均布和半跨均布荷载,同时考虑水平方向荷载作用的两铰抛物线钢拱平面内整体稳定承载力设计建议,可供相关设计问题参考应用。     

大跨度新型组合空心楼盖结构受力性能研究

介绍了型钢混凝土组合空心楼盖的构造形式、工作机理,采用三维非线性有限元方法分析了其在竖向荷载作用下的受力性能,结果表明这种结构可以有效提高结构的整体刚度和承载力,而且降低了结构高度.     

拱脚带水平约束弹簧的车辐拱平面内稳定性能

针对非落地拱承受竖向荷载作用时拱脚水平约束刚度不足会产生水平位移,导致拱脚的受力性能和承载能力发生较大变化的问题,采用ANSYS有限元软件建立拱脚带水平约束弹簧的模无索拱和车辐拱有限元模型。采用数值分析方法分别对无索拱和车辐拱在全跨竖向均布荷载和半跨竖向均布荷载进行一阶弹性和弹塑性分析,研究其拱脚水平弹簧刚度幅值变化对车辐拱受力性能的影响,包括拱脚水平推力和位移的变化、沿拱轴线内力变化和分布以及平面内稳定承载性能等。结果表明:车辐拱中的拉索可以有效约束拱脚的水平位移和减小水平推力,显著提高拱整体刚度和稳定承载力; 车辐拱中的拉索可以有效限制拱脚弹簧刚度幅值的下降对车辐拱内力分布及稳定承载性能的影响; 研究成果为非落地车辐拱及拱脚支承构件的设计提供了依据。     

内置钢构架型钢混凝土转换深梁传力机理试验研究

结合深梁的"拉杆-拱"传力机理,提出新型内置钢构架型钢混凝土深梁,将钢构架的各部分杆件分别用于传力机构中的拉杆和压杆中,并对一榀普通钢筋混凝土转换深梁、三榀内置钢构架型钢混凝土转换深梁模型进行试验研究,分析这种新型转换深梁在竖向集中荷载作用下的力学性能和破坏形态,研究深梁在受力过程中的钢筋和钢构架的应变变化特点、传力机理。试验表明内置钢构架型钢混凝土深梁具有承载力高、刚度大、延性好等优点。相同参数条件下,内置钢构架型钢混凝土深梁承载力比普通钢筋混凝土深梁提高30%～40%,抗剪承载力提高幅度尤为显著,刚度提高30%～50%。内置钢构架型钢混凝土转换深梁充分利用了深梁的拉杆拱传力机理,设置钢构架实现以最短、最直接的传力路线和传力方式传递上部荷载。偏于安全估算,钢构架能承担20%深梁总荷载。     

焊接工字形截面抛物线拱平面内稳定性试验研究

进行了全跨竖向均布荷载和半跨竖向均布荷载作用下焊接工字形截面两铰抛物线钢拱平面内稳定承载力试验研究。通过试验揭示了抛物线钢拱平面内的失稳破坏机理,全跨竖向均布荷载作用下抛物线钢拱发生不完全反对称的平面内失稳破坏,半跨竖向均布荷载作用下抛物线钢拱发生反对称的平面内失稳破坏;半跨竖向均布荷载作用下抛物线钢拱的稳定承载能力低于全跨竖向均布荷载作用下的稳定承载能力;试验结果与有限元法分析结果进行了对比,二者吻合良好,有限元法研究钢拱的平面内稳定具有很高的精度;试验结果验证了工字形截面抛物线钢拱平面内稳定性设计方法安全可靠,可供设计使用。     

业界媒体要览

<正>《四川建筑科学研究》06/2007竖向荷载作用下型钢混凝土转换梁性能研究本文通过试验、有限元分析研究了正常使用极限状态下型钢混凝土转换梁在竖向荷载作用下的受力特点、裂缝开展和挠度。型钢混凝土转换梁是一种受力合理,能充分发挥材料力学性能的构件,与钢筋混凝土转换梁相比,具有承载力高、刚度大、截面尺寸小、耐久性好、抗震性能好,框支柱采用型钢混凝土柱后,则梁柱节点构造简单,施工方便。(崔大光,李国强,王银志)     

考虑压拱效应的钢筋混凝土双跨梁竖向承载力分析

钢筋混凝土框架结构在使用期内遭遇爆炸、撞击等突发事件时，可能引起结构承重柱失效，从而导致结构倒塌。当失效柱为内柱时，失效柱上方与其相连的两跨梁将形成双跨梁，双跨梁的承载能力决定剩余结构的抗倒塌能力。为分析双跨梁的受力特征和破坏机理，进行了3根1/4缩尺钢筋混凝土双跨梁的静力加载试验。结果表明：梁端存在轴向约束时，梁产生压拱效应，其竖向承载力得到提高；基于试验结果，根据双跨梁关键截面满足的内力平衡方程、考虑压拱效应时满足的变形协调方程，推导出梁的竖向荷载与中柱竖向位移之间的关系式；通过不断增大竖向位移，得到最大竖向荷载(对应的梁轴向力为压力)即为双跨梁考虑压拱效应的竖向承载力。理论分析结果和试验结果比较表明，所提计算方法有较高精度。     

一种新型预应力索-拱结构的弹性稳定性能研究

本文所介绍的索-拱结构,是在圆弧或椭圆形拱轴线上,按照拱在重力荷载作用下的弯矩变化图设置撑杆和拉索（或预应力拉索）,以改善拱轴线上不均匀分布弯矩,达到提高纯拱结构刚度及稳定承载力的目的.利用弧长法对这种索-拱结构在全跨均布荷载和半跨均布荷载作用下的面内稳定性能进行了弹性大挠度跟踪分析,揭示了它的受力特性和破坏机理;同时文中还分析了矢跨比和撑杆高度的变化对索-拱结构受力性能的影响.     

Levy型劲性支撑穹顶静力性能试验研究

为研究Levy型劲性支撑穹顶结构的静力性能,以跨度6m的Levy型劲性支撑穹顶结构实际模型为研究对象,通过试验研究了其在初始预应力、满跨荷载和半跨荷载作用下的静力性能,获得了Levy型劲性支撑穹顶结构模型中各杆件内力和节点位移随外荷载增加变化规律。研究结果表明：在满跨荷载作用下,随着荷载的增大,环杆、撑杆和斜杆轴力都逐渐增大,脊索索力逐渐减小;在半跨荷载作用下,随着荷载的增大,结构内部杆件内力变化平稳,结构受荷一侧各杆件内力变化规律与全跨荷载作用下变化规律基本相同,但各杆件内力的变化值较全跨荷载作用大,结构对非对称荷载比较敏感,结构非受荷一侧内力变化比较复杂,脊索索力减小,撑杆和环索内力减小,内、中斜杆内力减小,外斜杆内力基本不变,半跨荷载引起的节点竖向位移比满跨荷载引起的竖向位移大,但整体结构位移均较小,竖向刚度较大,表明用劲性钢拉杆代替索穹顶下层拉索构件是可行的。研究结果验证了劲性支撑穹顶结构合理性与可行性,可为工程应用提供参考。     

不同束形配筋的预应力混凝土受扭梁的实验研究

根据预应力筋等效荷载的基本原理,提出一种折线螺旋束型的预应力混凝土受扭梁。对配有折线螺旋形预应力筋的混凝土受扭梁与通常配有纵向预应力筋的混凝土受扭梁进行了加载试验。结果表明,折线螺旋形预应力筋有效地推迟了预应力混凝土构件扭转裂缝的出现,提高了构件的开裂扭矩和极限扭矩,并保持一定的延性。     

Flexural-torsional buckling of shallow arches with open thin-walled section under uniform radial loads

An arch with an open thin-walled section that is subjected to a radial load uniformly distributed around the arch axis may suddenly buckle out of its plane of loading and fail in a flexural-torsional buckling mode. The classical flexural-torsional buckling load for an arch with an open thin-walled section under a uniform radial load has been obtained by a number of researchers, based on the consideration that the uniform radial load produces a uniform axial compressive force without in-plane bending prior to the occurrence of flexural-torsional buckling. This assumption is correct for deep arches. However, the uniform radial load may produce substantial bending actions in shallow arches prior to flexural-torsional buckling, and so the classical buckling analysis based on the assumption of uniform axial compression may produce incorrect flexural-torsional buckling loads for shallow arches. This paper investigates the flexural-torsional buckling of shallow arches with an open thin-walled section that are subjected to a radial load uniformly distributed around the arch axis. It is found that shallow arches under a uniform radial load are subjected to combined in-plane compressive and bending actions prior to flexural-torsional buckling, and that using the classical buckling solution for circular arches under uniform compression produces incorrect buckling loads for shallow arches. A rational finite element model is developed for the flexural-torsional buckling and postbuckling analysis of shallow arches with an open thin-walled section, which allows the buckling loads to be obtained correctly.     

全跨和半跨荷载组合下两铰抛物线钢拱平面内承载力计算方法对比

全跨和半跨荷载组合作用下钢拱结构内力分布会随荷载比例发生较大变化。现有钢拱结构平面内稳定承载力计算式多是针对各单一加载模式进行分析得到的,缺乏对其在全跨和半跨组合荷载下适用性的充分考虑。针对此不足,以两铰抛物线钢拱结构为研究对象,考虑荷载组合比例、矢跨比、截面等不同参数的影响,对比分析了现行钢拱结构技术规程方法、基于完善拱模型的有限元方法和基于一致缺陷拱模型的有限元方法等多种方法的承载力计算结果。分析结果表明:当全跨荷载占较高比重时,按规程方法进行钢拱结构承载力设计会较为保守;而当半跨荷载占较高比重时,按规程方法进行钢拱结构承载力设计则会偏于不安全。     

考虑几何非线性的新型索拱桥拱轴线优化

鉴于新型索拱桥存在明显几何非线性的力学特点,针对已有拱轴线迭代优化方法收敛性不好的问题,提出在主拱圈为两铰拱的索拱桥有限元模型基础上,进行几何非线性的拱轴线迭代优化方法,以解决考虑几何非线性的超大跨径索拱桥拱轴线迭代的收敛性问题。以跨径600m索拱桥作为算例,验证方法的有效性及收敛性。算例结果表明,与仅考虑线性迭代相比,考虑非线性迭代后的主拱圈弯矩分布更合理,最大正弯矩小35%,最大负弯矩小17%,主拱圈应变能小23%;收敛性分析结果表明,该方法比主拱圈为无铰拱有限元模型方法收敛性能更好,不同的初始拱轴线均能收敛于稳定的结果。     

济南战役纪念馆拉索预应力网格结构设计

预应力网格结构是一种新型空间结构 ,它将预应力技术引入空间结构 ,拓展了预应力技术的应用范围。以济南战役纪念馆拉索预应力网格结构设计为背景 ,介绍了一种新型的拉索预应力网格结构布索方式———体内布索 ,即将预应力拉索视为网格结构的受拉杆件 ,与钢管拉杆组成组合构件 ,共同协调变形 ,达到既可提高结构承载力和刚度 ,同时又能更好地满足建筑美学功能及室内观瞻效果 ,提高索的防火、防腐能力     

悬索桥计算分析的弯矩图理论及软件介绍

本文揭示了悬索桥缆索在垂直荷载作用下,索的几何形状和简支梁弯矩图的对应关系,相对应的悬索桥结构分析计算的弹性理论、挠度理论、有限位移理论而言,这可称为弯矩图理论。由于简支梁的弯矩图计算方便、直观、概念清晰,可大大简化悬索桥结构分析计算,而且是精确的解析解。按弯矩图理论编写了悬索桥的索形计算软件,可以计算空缆线形和吊杆力作用下的成桥线形,并介绍了软件功能及使用方法。