斜拉型悬索结构形式与受力特性研究

将索桁架和斜拉结构进行组合,构造一种新型索结构体系,即斜拉型悬索结构。张拉背索对结构施加预应力,通过找力和找形得到了结构的初始预应力态,在此基础上进行了结构在满跨和半跨均布荷载作用下的静力、动力特性研究及参数分析,并对该新型索结构体系进行了风振响应计算。研究表明：结构静力荷载 位移关系呈非线性双折线,结构刚度的转折点对应于稳定索边段的退拉松弛;结构的低阶振型表现为桅杆的水平振动叠加屋盖的竖向振动,高阶振型中桅杆水平方向参与很少;增大背索截面面积可有效提高结构刚度和自振频率,稳定索、斜拉索面积对自振频率影响不大;背索预应力值对结构的静力特性影响是线性的,在所有索段具有拉应力时,预应力值对结构动力特性基本无影响,若索出现松弛则结构刚度急剧退化,自振频率陡降;桅杆高度增大,结构刚度下降,桅杆高度对结构的低阶振型和频率影响较大;矢跨比对屋盖竖向对称振动的第2振型有影响,而对反对称的第1振型基本无影响;斜拉型悬索结构的风振系数介于1~2之间。     

北京融科资讯中心C座全玻璃大堂的分析和安装

北京融科资讯中心C座大堂是一座由柔性索网结构支承的全玻璃结构,整个结构由四根悬索支承。在大堂的施工过程中,先安装并张拉四根主悬索,然后安装立面拉索,最后安装屋顶及立面玻璃。采用有限元方法模拟分析了施工过程中索的内力变化情况。分析结果表明,在张拉过程中要严格监控索的内力和位置,保证张拉出预期的结构外形和刚度。     

点式玻璃建筑无压杆式柔性支承体系的影响因素分析

点支式玻璃建筑的柔性支承体系是一种新型的支承体系。通过对单根拉索结构的力学分析,提出影响这种结构刚度和承载性能的因素主要包括:初始施加预应力的大小、拉杆(索)的直径、结构的腹高比以及结构的高度等。其结果为研究人员研究柔性支承的受力性能和工程设计人员进行支承设计提供了理论依据。     

空间斜拉式预应力索拱结构的模态分析

以某会展中心钢屋盖工程为例,采用子空间迭代法计算其前20阶自振周期和振型,同时描述了其振型特点。结果显示,这种空间斜拉式预应力索拱结构的自振频率较为密集,表明这类结构的动力特性复杂,且高阶振型影响大,应尽可能的考虑高阶振型效应。本文的工作为更好的进一步研究此类新型结构形式的受力体系特征奠定了基础。     

葵花型索穹顶初始预应力分布的简捷计算法

葵花型索穹顶是美国工程师LEVY和JING在GEIGER设计的肋环型索穹顶基础上开发的一种新型穹顶,并应用于1996年亚特兰大奥运会主赛馆的屋盖结构———乔治亚穹顶。由于索穹顶结构的刚度由预应力提供,根据结构初始几何形状、构件的关联关系(拓扑)确定形成一定刚度的初始预应力是索穹顶设计首先要解决的问题。本文针对葵花型索穹顶结构提出了确定初始预应力分布的简捷计算法。该法从节点平衡关系入手,推导了不设和设有内环的葵花型索穹顶预应力杆内力一般性的计算公式。对特定参数的索穹顶结构还给出了内力计算用表。计算结果表明,随矢跨比增加,葵花型索穹顶的脊索、斜索和环索内力减小,竖杆内力增加;对应相同矢跨比,设有内环的葵花型索穹顶结构各类相应杆件内力比不设内环的内力小得多。     

横向加劲单曲悬索屋盖模型的试验研究

本文对横向加劲单曲悬索屋盖结构的模型进行了静力与动力试验研究,探求结构在预应力态和荷载态的位移和内力变化规律,以及结构在竖向振动时的动力特征。本文所述结构的特点是通过横向加劲构件端部支座的强迫位移,使结构建立预应力。文中叙述了各项荷载试验,并将实测值与理论值作了互相验证比较。对这种结构的静力特征、支座强迫位移的作用、索端支座刚度对结构的影响作了探讨。动力试验给出了结构的前五个自振频率与振型。这种结构已在二个工程上得到了应用。     

天津理工大学体育馆索穹顶结构自振特性分析及地震作用时程分析

以天津理工大学体育馆索穹顶结构为工程背景,对该结构进行了详细介绍及模态计算,对比分析了结构预应力水平、边界条件以及屋盖结构体系三种因素对其自振特性影响,随后又对该结构进行了地震作用下的时程分析计算,并对其变形及内力进行了详细的分析。结果表明,索穹顶结构刚度小,自振频率低,地震作用影响较小。     

索网结构对主体结构动力特性的影响

采用子空间迭代法,结合工程实例,对索网次结构对主体结构自振特性的影响进行了计算分析,研究了主体结构的频率分布特性以及索网预应力、玻璃及索连接件的质量等结构参数对自振特性的影响。此外,还考虑了几何非线性对结构应力刚度的影响,考虑位形修正进行了模态分析。最后,采用振型分解反应谱法进行了结构模型的多遇地震响应分析。研究结果表明:玻璃及索连接件的质量对主体结构频率影响较大,整体结构振型表现为主体结构振型加索网局部振型;主体结构代替整体结构通过振型分解反应谱法进行地震效应分析时,结构地震效应降低。     

大跨弦支穹顶结构非一致地震响应研究

对椭圆形弦支穹顶屋盖结构的动力特性和地震响应进行了有限元分析.分析中考虑了预应力大变形作用以及不同预应力水平的影响.通过结构前60阶自振频率和模态振型的对比分析,发现该弦支穹顶结构模态频率分布相当密集,以中间张弦穹顶的竖向自由振动模态为主.结构的地震响应计算结果表明,在多维多点非一致地震激励下,该弦支穹顶结构的位移响应以及环索、撑杆等重要构件的内力响应随着地震波波速的增大而减小,并逐步接近其一致地震激励下的动力响应.     

车辐式索桁架模态分析与试验研究

通过对跨度为60m的圆形车辐式索桁架屋盖按照1:10缩尺模型进行模态分析和模型试验,考察了拉索预应力、矢跨比及内外环直径比3个参数变化对结构自振特性的影响,对比分析了前4阶振型的试验结果与理论计算结果。结果发现:结构第1、2阶振型为反对称上下振动,第3阶为内环扭转振动,第4阶为内环相对扭转振动;试验和理论结果误差在10%以内,试验振型与理论振型基本吻合;前4阶振型的频率均在10Hz以上,表明车辐式索桁架结构为低频动力响应,自振频率较小且分布密集;预应力水平越高,振型频率越大,则结构刚度越大;矢高增加,结构频率随之减小,结构更容易发生侧向失稳;内外环直径比越大,结构扭转刚度相对会减小,容易发生扭转失稳。     

点支式玻璃建筑单层索网体系的动力特性分析

点支玻璃建筑单层索网体系是一种几何非线性较强的柔性张拉结构,其刚度受索中预应力影响较大。目前专门针对该结构动力特性方面的研究尚不多见。阐述了索网这种柔性预应力结构动力特性分析的特点,编写了相应的有限元程序,对索网自振特性的重要影响因素即几何非线性和预应力进行了研究,表明忽略几何非线性会使结构计算结果产生极大偏羞。索网的自振频率与预应力呈非线性关系,几何非线性和预应力对索网的自振特性的影响具有协同性。     

基于模态修复的索网结构关键刚度补偿方法

通过动力模态测试可以便于监测索网结构的刚度。通常仅需测试少量目标模态即可评价对主控荷载作用下的结构变形起主要抵抗作用的关键刚度。针对由预应力偏差引起的结构刚度退化问题,提出了通过补张拉来修复目标模态以实现索网结构关键刚度补偿的方法,建立了索网结构预张力偏差、单元长度误差与结构刚度矩阵变化之间的解析关系,分析了目标模态参数修复与结构关键刚度补偿间的理论关系。给出了一种密频区域内目标模态集合的简便扩展方法。基于矩阵摄动理论,建立了补张拉索的索长调整量与目标模态参数变化量间的方程。对于限定补张拉索数量的情况,采用补张拉索的优选策略以提高目标模态参数的修复精度。利用所提出的方法对一个具有预应力偏差的马鞍形索网结构算例进行了补张拉分析。计算结果表明,通过目标模态修复和补张拉索优选可以有效实现索网结构关键刚度偏差的补偿。     

复旦大学正大体育馆钢屋盖结构设计

复旦大学正大体育馆钢屋盖采用了拱-索-空间钢桁架的结构体系,受力复杂。利用ANSYS软件,较真实地模拟屋盖的边界条件和支座刚度的影响,分析了拉索的初始预拉力取值。对屋盖进行了动力特性、抗震性能及整体稳定性分析,结果表明,结构低阶振型以水平振型为主,拉索预拉力对结构的内力影响较小,结构具有较好的抗震性能。     

椭圆边界马鞍形单层索网结构静力刚度参数分析

椭圆边界马鞍形单层索网结构受力效率高、造型简洁优雅,有广阔的应用前景。为此,选取椭圆边界马鞍形单层索网结构的高差、边界形状、网格尺寸、拉索预拉力、拉索直径等设计参数,采用控制变量法,基于通用有限元软件ANSYS对其静力刚度进行参数分析。结果表明：单层索网结构的承重索宜布置在短轴方向,稳定索宜布置在长轴方向,可以增加结构刚度;高差对结构刚度的影响最大,保持总高差不变,分别改变承重索垂度和稳定索拱度,结构的刚度没有变化;在网格尺寸为1.7~3.2 m、拉索预拉力为700~1000 kN、拉索直径为44~62 mm时,减小网格尺寸、增大索的预拉力以及直径对增大结构刚度有利;高差和预拉力对结构反力的影响较大,其中高差主要影响结构反力的竖向分量,预拉力同步影响其各分量。     

点支式玻璃建筑单层索网柔性支承体系及其工程应用

单层索网体系是点支式柔性支承玻璃幕墙结构中的一种新型体系 ,以其僵筑结构简捷、轻盈美观、通透性好等优点深受许多建筑师的青睐 ,应用前景广泛。由于采用了柔性索杆 ,它的设计方法不同于其他一般的幕墙结构 ,除满足结构强度、刚度、变形要求外 ,还要考虑预应力和几何非线性问题。结合单层索网柔性支承体系在国内外幕墙工程中的应用 ,阐述了该体系的受力特点、研究现状和存在的问题 ,并对其设计分析和施工技术中的主要问题进行了探讨。     

世博主题馆点支式玻璃幕墙钢结构分析

2010年世博主题馆主入口采用的是点支式玻璃幕墙钢结构,其支承结构是索杆体系,为了研究拉索的受力状态,采用ANSYS单元生死技术,准确模拟了拉索的预拉力.由于拉索的预拉力使钢结构柱脚产生了较大的弯矩和剪力,采用将主杆底部节点做成完全铰和设置长圆孔的方式消除了拉索预拉力产生的不利作用.分析表明:生死单元能准确模拟拉索预拉...     

空中客车交通系统悬索结构的力学特性

利用悬挂的双层索结构作为空中跨越支承结构 ,让自带动力的车辆 (空中客车 )悬挂于轨索上运行 ,这是可在城市和风景区建设的一种新型交通系统。文中主要研究该系统中高架悬索结构的静力特性和设计参数 ,包括结构线形的设计、初始结构内力的确定、车辆运行荷载下结构分析以及结构参数对结构静力性能的影响等。研究表明该种结构在温度变化和外荷载等作用下的力学特性与悬索桥有明显的不同。轨索预张力是影响结构刚度的主要因素 ,而轨索预张力与外荷载作用下的变形呈非线性关系。给出了这种悬索结构的线形和初内力的设计方法。     

Form finding and key parameter analysis for concave wheel-spoke shaped pretension structure system

为了解内凹形轮辐式张拉结构的受力性能,建立内凹形结构体系的初始预应力与构型的近似关系,实现结构的初始预应力快速估算,采用参数化设计软件并编制的找形分析插件,找到合理的结构形态和预应力分布。同时对结构基本体系的关键参数进行分析,得出关键参数的合理取值范围。分析结果表明,索桁架的上、下径向索在控制矢跨比的条件下可以采用悬链线、抛物线和圆弧线;根据建筑造型和受力性能分析,在实际工程中建议索桁架的上、下径向索采用抛物线;结构上径向索的矢跨比合理取值范围为1/40~1/20,下径向索的矢跨比合理取值范围为1/40~1/30;内凹形轮辐式张拉结构径向索桁架合理取值为32~44榀;结构外压环与上、下内拉环的高差比值 c₁/c₂ 合理取值范围为1.0~1.5,在该取值范围内,上、下径向索的预应力值相差在30%以内,结构内力分布比较均匀,刚度较好。