浅埋大跨地下拱结构拱轴力学及数值优化研究

通过力学分析与有限元计算探讨浅埋大跨地下混凝土拱结构合理拱轴形式及拱轴优化问题。首先,基于曲梁平衡微分方程推导出浅埋大跨地下拱结构的合理拱轴微分方程。然后,分别采用SAP2000及ABAQUS有限元软件对相同参数下的不同拱轴混凝土拱结构进行内力比较分析,验证推导所得合理拱轴线的合理性。接着,以最大限度减小拱圈截面弯矩为优化目标,采用迭代法对拱轴进行优化,并以圆弧形拱轴为例进行计算分析。最后,将优化后的圆弧拱轴与本文所得合理拱轴的拟合曲线进行内力比较,得到合理拱轴线的近似最优解。本文的研究可为混凝土拱结构设计提供参考。     

江门体育中心体育场桁架拱基础设计

江门体育中心体育场采用不对称看台,西看台屋盖钢结构由桁架拱、桁架梁以及飘蓬组成。桁架拱跨度266.44 m,两端拱脚落地。竖向荷载作用下拱脚的水平推力达14 570 kN。由于支座水平刚度对桁架拱结构的整体稳定性影响很大,需寻求一种能够承担拱脚水平推力并满足水平刚度要求的基础形式。经比较几种可能的基础方案,确定采用钢筋混凝土地下连续墙箱形基础。采用规范计算公式、现场原位试验以及结构仿真分析,对桁架拱基础水平抗侧刚度进行计算分析。工程竣工后基础的位移监测结果表明,基础的水平刚度满足设计要求。     

江门体育中心体育场桁架拱基础设计

江门体育中心体育场采用不对称看台,西看台屋盖钢结构由桁架拱、桁架梁以及飘蓬组成。桁架拱跨度266.44m,两端拱脚落地。竖向荷载作用下拱脚的水平推力达14570kN。由于支座水平刚度对桁架拱结构的整体稳定性影响很大,需寻求一种能够承担拱脚水平推力并满足水平刚度要求的基础形式。经比较几种可能的基础方案,确定采用钢筋混凝土地下连续墙箱形基础。采用规范计算公式、现场原位试验以及结构仿真分析,对桁架拱基础水平抗侧刚度进行计算分析。工程竣工后基础的位移监测结果表明,基础的水平刚度满足设计要求。     

大跨度曲梁钢构天桥设计

某商业天街位于西安市丈八路商业中心,最大跨度32 m,为达建筑美观效果,水平面内为曲线型结构。其主要结构采用平放式桁架拱组合结构,桥面采用钢与混凝土组合板桥面。主要介绍了结构方案的选择、计算和结果分析等。平放式桁架拱结构是首次在实际工程中的应用,本文对其力学特性进行了讨论和研究,可以为同类的工程应用提供参考。     

靖江市体育中心体育馆上承式张弦桁架拱设计研究

靖江体育中心体育馆屋面为屋脊沿矩形对角线布置的双坡屋面,为统一各榀桁架形状及受力、优化用钢量,设计出一种可适用于不规则坡屋面的新型上承式张弦桁架拱结构。以用钢量最小为目标,采用二次开发的ANSYS优化设计程序,对控制该结构形状的各参数进行优化。结果表明:当桁架跨度小于100m时,宜采用在跨度三分点附近布置2根撑杆的结构形式;拱脚处桁架高度建议取0.45~0.55倍的结构高度,拱脚距支座距离建议取0.06~0.08倍的跨度;结构用钢量随高跨比的增大而减小,当高跨比取0.10时,用钢量接近最优值。     

大跨度拱桁架结构抗震性能分析

以单榀拱桁架屋架盖为研究对象，采用有限元软件ANSYS，对矢跨比为0．2、跨度为120m的钢管拱桁架的动力特征及抗震性能进行了分析研究，得到了该结构振型特点、自振频率、地震作用下的能力分布。分析结构表明，该结构满足使用要求，并指出薄弱部位，为拱桁架的抗震设计提供了一定的理论依据和参考。     

拱桁架结构优化设计

合理的结构形式可以降低工程造价。本文通过工程实例,分析带拉杆拱桁架选用的原因,并在普通两支座拱桁架的基础上。创造性地采用了四支座拱桁架,两者的用钢量均不足常规设计用钢量的1／3,四支座带拉杆拱桁架用钢量又比两支座带拉杆拱桁架减少6％,排架柱的配筋减少25％。四支座带拉杆拱桁架结构经济效益显著,值得采用和推广。     

钢管桁架拱的稳定性能及应用

首先介绍桁架拱的组成特点、力学特性及工程应用,探讨拱的弹性和非弹性失稳特点及分类.结合桁架拱弹性屈曲模型、荷载作用类型及初始挠度沿轴线的分布形式,指出了桁架拱几种可能的破坏和失稳形式.在钢管桁架拱形结构失稳模态分析的基础上,利用非线性有限元分析方法,对立体管桁架拱进行了面内整体稳定承载力分析,从结构的荷载-位移全过程曲线考察了桁架拱稳定性能的基本规律,从中找到控制桁架拱设计的主要失稳形式.最后,结合南通体育会展中心拱支网壳结构的整体稳定性能进行研究,指出现阶段对桁架拱稳定性分析的基本方法和步骤.     

某新建机场航站楼屋面预应力索拉拱桁架结构设计

某新建机场航站楼值机大厅跨度60m,屋盖采用预应力索拉对称斜拱桁架结构,每榀拱桁架支座间距12m,支承在16．8m高的柱顶上。本文介绍考虑支承柱的线刚度不同时索初始预拉力的确定、支座水平推力的控制及结构整体稳定的分析。     

某新建机场航站楼屋面预应力索拉拱桁架结构设计

某新建机场航站楼值机大厅跨度60m,屋盖采用预应力索拉对称斜拱桁架结构,每榀拱桁架支座间距12m,支承在16.8高的柱顶上。本文介绍考虑支承柱的线刚度不同时索初始预拉力的确定、支座水平推力的控制及结构整体稳定的分析。     

无波纹拱壳结构极限承载力研究

本通过对波纹拱壳结构和无波纹拱壳结构进行理论分析和几何非线性有限元计算,得出无波纹拱结构的稳定承载力远高于波纹拱壳结构这一有用结论。     

不同强度钢材对钢管拱桁架动力破坏的影响

以跨度为180 m、矢跨比为0.2的三心圆钢管拱桁架结构为研究对象,采用有限元分析软件SAP2000对选用Q345、Q390和Q420三种不同强度钢材的拱桁架进行动力弹塑性分析,分析表明,随着钢材强度的提高,钢管拱桁架用钢量逐渐减少,而其弹塑性界限加速度峰值和破坏界限加速度峰值显著增大,说明采用高强度钢材可显著提高结构的抗震水平。     

济南东站落地拱屋盖结构体系研究

新建济南东站屋盖为复杂双曲面落地拱结构体系,最大跨度为156m,刷新了中国高铁客站的结构跨度。详细介绍了该屋盖的结构布置、荷载作用、设防目标、构件截面以及体系特点,分析了结构的静力特性、动力特性以及整体稳定性,对拱脚预应力拉索、基础刚度、屋盖纵向刚度、节点设计等关键技术进行了研究。研究结果表明:结构体系传力明确合理,主桁架拱以轴力为主,弯矩效应较小。温度对结构的变形影响较大,施工阶段极限温差对结构的影响较小。自振模态分析和屈曲分析表明结构的整体刚度和稳定性较好。拱脚拉索方案很好地解决了拱脚水平推力的问题,关键节点设计解决了受力复杂、汇交杆件较多的情况以及夹角较小的情况,实现了建筑构想,该研究对以后高铁客站的设计具有很好的借鉴意义。     

拱-桁架复合结构性能分析、设计与应用

简述了拱-桁架复合结构的基本概念,进而针对深圳市某拱桥施工过程中桥台出现较大位移、拱肋侧向失稳和竖向变形过大等现象,通过有限元分析确定了出现上述现象的原因,进而提出了弦支结构和拱桁架结构等两类加固方案,并通过对比分析,确定了采用拱-桁架复合结构加固方案。通过参数化分析确定了上弦截面和腹杆截面等参数对于拱-桁架结构受力性能的影响,并确定了适用于该工程的结构布置,进而对加固结构方案的关键节点进行了设计,从而为拱-桁架结构在工程中的应用提供了新的思路。     

不同拱轴线内力比较分析

对抛物线、圆弧以及悬链线拱轴线在不同荷载作用下进行数值模拟,得出拱的压力线与其荷载条件以及线形有直接关系,给出不同荷载作用下拱结构的选形依据。     

柱面拱支网壳静力性能分析

拱支网壳结构体系是在综合了网壳(网架)及拱结构的优点的基础上,构思出的一种新型大跨度空间杂交结构形式。通过与一般柱面单层网壳结构的对比,对不同矢跨比的单层柱面拱支网壳结构考虑不同拱肋配置下的静力性能,特别是结构极限承载能力及对初始几何缺陷的敏感性进行了分析比较。介绍了几个采用单层柱面网壳结构作为屋面结构的工程实例及其采用拱肋加强后的实际效率。理论分析结果及工程应用表明,在拱结构的帮助下,柱面单层拱支网壳结构的静力性能得到了明显的改善。     

李渡新区体育中心体育场罩棚结构设计

李渡新区体育中心体育场钢结构罩棚由两片月牙造型的空间结构组成,采用骨架和张拉相结合的膜结构,主受力结构由带大型拉压杆的立体桁架和跨度245.6 m的拱桁架组成。工程设计难点为场地限制造成的拱结构平面外弯折,结合具体的结构设计,详细介绍罩棚结构的静力、动力性能和拱结构方案的选择,分析温度荷载和风荷载对大跨度结构的影响。     

援塞内加尔竞技摔跤场钢罩棚结构设计

援塞内加尔竞技摔跤场钢罩棚为210m大跨空间拱结构,由主拱、后拱及次桁架组成,介绍了结构方案选型、结构静力、稳定及拱脚节点分析。结果表明,主拱采用菱形截面,后拱及次桁架采用倒三角空间立体桁架,以及纵向次桁架、联系桁架、支撑布置是合理的,杆件截面受力均匀,节点构造简单,结构空间整体性强;采用万向球铰支座的主拱拱脚节点设计合理,能够满足设计要求。     

预应力拱支双层网壳的静力性能分析

结合工程实例,通过ANSYS建模对预应力索拱结构进行了内力分析和竖向挠度分析,得出了相应结论,以期为预应力拱支双层网壳结构的工程应用提供理论指导。     

基于板-梁理论的桁架拱整体稳定分析

桁架拱结构因其受力性能良好,大范围应用于桥梁及大跨度建筑结构。取桁架拱单一节间为研究对象,基于抗扭刚度等效原则,将腹杆等效为腹板。基于板-梁理论求得桁架拱节间的平面外抗弯、抗扭以及翘曲刚度。选取9个不同跨径比的桁架拱,建立有限元模型,验证了简支桁架拱在轴压和纯弯两种不同工况条件下的整体屈曲情况。轴压状态下桁架拱一阶屈曲计算承载力与有限元分析承载力平均误差1.18%,最高误差3.50%。纯弯状态下平均误差0.21%,最高误差4.54%,证明了求得的桁架拱截面等效方法及截面参数的正确性,可为工程实践提供可靠的计算方法。