基于能量原理的伞状全张力结构性能分析

通过建立双层悬索结构形式之一的伞状结构的简化分析模型,运用能量原理,分别计算并列式和轮辐式伞状全张力结构在活荷载和风荷载作用下的总势能,根据势能驻值原理,对结构势能求偏导并将其结果进行简化,推导求得结构位移解析表达式,并迭代计算结构跨中压杆处位移、上索最大变形和索力。通过算例对比结构位移解析计算与有限元分析的结果,其误差较小。研究结果表明:在活荷载作用下,跨中压杆处位移、上索最大变形与荷载基本成线性关系;在风荷载作用下,跨中压杆处位移随预应力基本呈线性变化,而上索最大变形则具有较强的非线性。提出的解析计算式在矢跨比和垂跨比小于1/8时精度较高,可供结构初步设计时参考。     

劲性悬索结构设计关键技术研究

劲性悬索结构主要由劲性索及索力支撑系统组成,兼具柔索和普通钢结构的优点,可自平衡也可外力平衡。介绍了劲性悬索结构应用现状、在不同荷载作用下的力学性能、设计关键点以及劲性悬索的主要节点构造,并通过一个具体的工程实例介绍劲性悬索结构在大跨度屋盖中的应用及设计方法。该工程实例屋盖结构中四榀大跨度H型钢劲性索、两道卧梁以及两榀钢筋混凝土框架结构形成自平衡体系,劲性悬索承担屋盖重力荷载下产生的拉力,而卧梁及混凝土框架则将劲性索对支座产生的拉力进行平衡。通过有限元分析、简化计算、解析计算三种方法对H型钢劲性索承载力进行计算,并进行了施工过程模拟分析,结合分析结果指导施工。提出的劲性悬索结构的设计关键点以及相关计算及分析方法可为劲性悬索结构在其他实际工程的应用提供参考。     

Performance of umbelliform tensegrity cable structurebased on energy principles

通过建立双层悬索结构形式之一的伞状结构的简化分析模型，运用能量原理，分别计算并列式和轮辐式伞状全张力结构在活荷载和风荷载作用下的总势能，根据势能驻值原理，对结构势能求偏导并将其结果进行简化，推导求得结构位移解析表达式，并迭代计算结构跨中压杆处位移、上索最大变形和索力。通过算例对比结构位移解析计算与有限元分析的结果，其误差较小。研究结果表明：在活荷载作用下，跨中压杆处位移、上索最大变形与荷载基本成线性关系；在风荷载作用下，跨中压杆处位移随预应力基本呈线性变化，而上索最大变形则具有较强的非线性。提出的解析计算式在矢跨比和垂跨比小于1/8时精度较高，可供结构初步设计时参考。     

考虑预应力效应的人行悬索桥的非线性力学行为分析

人行柔性悬索玻璃景观桥在荷载作用下存在复杂的大变形非线性力学行为,采用传统结构力学方法进行计算分析存在困难。文中通过考虑拉索的预应力效应及其应力刚度,研究不同拉索张拉应力和不同预应力张拉顺序时的拉索应力和挠度的变化规律,实现了柔性悬索结构的大变形及其非线性力学行为的分析。研究结果显示不同拉索的张拉里对于悬索结构跨中的最大挠度有着明显的影响,随着预张拉力的增加其最大挠度减小。柔性悬索结构的变形与所施加荷载之间存在明显的非线性关系。不同的预应力张拉顺序可影响整个柔性悬索结构的位移和成桥时的最终应力状态。柔性悬索桥结构设计分析时需要考虑预应力张拉顺序对最终完成拉索张拉时结构应力的影响。     

悬索结构内力与位移的静力解法

悬索结构适应于各种建筑平面和外形轮廓,可方便地创造出各种新颖独特的建筑造型,但悬索结构属于超静定结构,对该类结构的分析有其复杂性和非线性,对其研究为工程界所广泛关注,本文基于悬索结构的基本假设和基本力学原理,建立了悬索结构的平衡方程和变形协调方程,求得荷载作用下索的跨中垂度和水平张力。这是一种既能满足一般工程精度要求,又简便易行的解析计算方法。     

悬索及其索网在高温(火灾)作用下的计算

对悬索及其双曲索网结构在索张紧状态下发生火灾时结构的反应特点进行分析。在节点荷载作用下,悬索及其双曲索网的面内位移相对于面外位移来说是一个较小量,可以忽略;且高温作用下索网结构具有"卸载"的特性,据此对悬索及其索网结构在荷载作用同时经受高温作用时结构反应进行理论推导,同时,考虑了材料和索网结构的几何非线性问题。算例表明,该方法正确、简便,精度满足工程要求。     

140m跨度预应力空间悬索桁架桥结构分析

某过河管道桥跨度140m,采用预应力空间悬索桁架的结构形式。结合工程设计实践,采用非线性有限元软件ANSYS对结构静力性能进行分析,确定结构布置方案;应用BlockLanczos法对索桁架桥进行自振特性分析,得到结构各阶频率和振型;应用非线性随机模拟风振分析法对结构方案进行整体分析得到全桥在脉动风荷载作用下的位移响应时程。计算结果表明,结构整体工作性能良好,承重索与抗风索的截面积对桥体动力稳定性均有较大影响。     

新型大跨索结构避难帐篷现场试验与数值模拟

基于现场试验,对实测风荷载作用下大跨度索结构避难帐篷的顶点位移进行测量,分析风速对顶点位移的影响,得出了实测风荷载与结构顶点位移之间的关系。应用ABAQUS有限元软件对风荷载作用下的大跨度索结构避难帐篷的顶点位移进行有限元计算,有限元计算结果与试验结果具有较好的一致性。通过降低脚手架材料的刚度,模拟不同刚度条件下结构的风载-位移响应;并模拟了雪荷载以及温度荷载作用下大跨度索结构避难帐篷的受力性能。研究结果表明:大跨度索结构避难帐篷的抗风、抗雪荷载性能以及温度荷载作用下的变形幅度均能达到安全使用要求。     

索-混凝土板预应力组合网架可靠度分析

文章将网架上弦用混凝土板代替、下弦用拉索代替并施加预应力,形成索-混凝土板预应力组合网架。利用ANSYS有限元软件建立该结构的模型,分别分析其基于结构最大位移和腹杆最大应力两种性能下的正常使用极限可靠度,其中建立模型时将结构离散成板单元、梁单元、杆单元和索单元,各单元之间通过节点彼此相连。经软件分析得出在所给几何尺寸、材料特性、预应力、恒荷载以及活荷载等随机变量作用下,结构分别基于位移和腹杆应力正常使用极限状态下的可靠度都是良好的;对结构位移和腹杆应力影响最大的变量都是荷载,影响最小的变量都是混凝土板厚度以及肋的厚度与宽度;预应力荷载和外荷载对结构位移和腹杆应力起相反的影响作用。     

广交会工艺品交易中心玻璃光篷悬索结构的设计

广交会工艺品交易中心玻璃光篷悬索支承结构由索桁架、受拉桁架、檩条(架)悬挑桁架及中心桁架组成。该工程结构分析时首先通过模态分析结构拓扑是否合理,同时建立了计算模型,考察结构几何非线性的强弱,设计中考虑了包括恒载、屋面活载、风载、地震荷载和温度荷载等荷载类型。在悬索结构成型和使用过程预应力张拉顺序及张拉力的大小可直接影响结构的安全性和适用性。确定张拉顺序为：张拉连系索→安装承重索→安装微调稳定索→放下悬吊重物。     

拉索与拉杆在大跨度空间结构中的比较及分析

预应力拉索结构与预应力拉杆结构作为大跨度结构中两种重要的结构形式,在目前的大跨度结构工程中得到了广泛的应用。在实际工程中如何选取合理的结构形式成为一个重要的课题,如果结构形式选取不当,将可能引起施工过程中的上部结构应力与变形过大,甚至引发重大的工程事故。本研究结合某国际会展中心登录大厅的项目,在不同的张拉方案及不同的结构形式下(主要指拉索结构和拉杆结构)对拱脚支座的位移进行计算分析,比较并选取最优的张拉方案及结构形式。     

天津米立方预应力钢结构施工技术

米立方屋盖结构采用了弦支拱桁架加单层网壳复合结构体系。本工程结构形式比较新颖,而且可借鉴施工经验不是很多,因此施工的难度更大。本文详细论述了该工程的预应力施工技术,重点介绍了下弦拉索的施工工序及张拉,最后为满足预应力施工过程的需要,保证工程顺利进行对结构进行施工监测,以索力和竖向位移为主。本文为大跨度钢桁架结构的预应力施工提出了一种重要方法,它不但在技术上十分合理,而且降低了成本。本工程的施工方法可以为同类工程施工提供借鉴。     

新型悬挂体系抗风分析

采用数值分析方法,编制MATLAB程序对拟定项目进行风荷载模拟计算,将所得到的模拟风时程荷载,采用简化桁架多点激励方法,施加于两种悬挂体系的作用面之上,计算给出风荷载位移和应力响应。计算结果表明,索桁结构较索梁悬挂结构具有更大的风荷载响应,两种悬挂体系都具有一定承载力安全储备,理论分析与计算模拟结果吻合较好。     

索网结构的初始形状判定及静力分析

应用几何非线性增量有限元位移法对索网结构的初始形状判定和静力荷载计算进行分析，采用FORTRAN语言编制了相应的计算机分析程序。通过具体的开例分析，验证了该方法和程序的正确性和有效性．     

基于高温下拉索力学性能的大跨度张弦梁结构抗火性能数值分析

基于高温下预应力拉索力学性能试验结果的分析,回归出可用于理论分析和数值计算的预应力拉索高温力学性能模型;基于实用大空间火灾空气升温模型和钢结构材料升温的真实时间历程,采用考虑时间积分效应的非线性有限元数值分析法,建立用于张弦梁结构抗火分析的数值模型。通过对大跨度张弦梁结构的抗火实例分析,研究结构的温度场分布、位移和应力特征。分析结果表明:在火灾作用下,张弦梁结构具有较好的空间协同工作性能;结构的抗火薄弱区域位于边榀附近,结构的变形呈现不对称特征;火灾下引起张弦梁结构产生较大变形的主要原因是钢材升温膨胀以及结构刚度和强度的降低;在文内设定的大空间火灾荷载作用下,该张弦梁结构是安全的。     

膜结构设计(3)膜结构的荷载态分析与结构设计

由于膜结构特殊的力学特点 ,其结构分析与设计过程明显不同于传统结构。着重对膜结构荷载态分析中的一些主要问题进行了探讨 ,包括荷载取值、特别是风荷载的确定方法 ;荷载态分析的方法及需要注意的一些问题 ;常见的膜结构分析软件等。在此基础上 ,介绍了如何根据计算结果来判定结构性能的优劣 ,以及设计膜、索及索具等构件。     

大跨椭圆形辐射式双层悬索结构分析

某体育馆、游泳馆上部建筑造型平面呈椭圆形,屋面结构采用悬索张拉结构,两馆最大跨度均超过120m.建立屋盖索结构和周边支撑钢结构有限元模型,并进行结构非线性分析,得到不同荷载分布情况下的几何非线性计算结果.将悬索结构等效成线性结构,模拟索张拉后形成的结构刚度,以此作为特征值分析和反应谱分析依据.结合工程特点进行非线性静力...     

索网结构非线性地震反应分析实用方法

采用现有方法分析索网结构非线性动力反应时,仅能对矩形平面索网结构建立等效单自由度(ESDF)模型,地震作用下,此类结构的响应只能采用时程法进行计算。基于结构整体刚度参数的概念,结合模态推覆分析方法,建立了任意形状索网结构的非线性ESDF模型,该模型刚度特性与Duffing系统相同。采用能量平衡法,导出了索网结构非线性ESDF体系的等效线性刚度ke与位移反应d的关系;结合ESDF体系的等效质量,将加速度-周期(a-T)格式的设计反应谱变换为刚度-位移(k-d)格式;与ke-d关系式联立求解得出ESDF体系的非线性地震反应。该方法在线性设计反应谱的基础上,合理考虑了索网结构的非线性刚化效应。数值算例表明,相对于线性振型叠加反应谱法,该方法具有更好的适用性。     

拱支预应力网架结构的预应力全过程分析方法

以武汉长江防洪模型试验大厅为工程背景,提出一种新型的杂交空间结构体系：拱支预应力网架结构一结合该结构体系的特点,从索初始形变的角度出发,建立了该结构的刚度法理论,并提出了预应力全过程分析的混合影响矩阵法、循环迭代逼近法、索初始形变“顺序分析法”以及索张拉力“顺序分析逆迭代法”等方法,形成该结构预应力全过程分析的完整理论,不仅适用于拱支预应力网架结构,也适用于其它类似的杂交空间结构。最后,通过长江防洪模型试验大厅工程实际算例验证了该方法的准确性和有效性。     

基于悬链线理论的钢结构抗连续倒塌分析

悬链线作用阶段,是结构抵抗连续倒塌的最后防线,也是进行结构抗倒塌设计的关键环节。通过对钢梁在悬链线作用阶段的受力状态的分析,推导钢梁在悬链线阶段最大容许位移的计算公式,进而引出柱的"特征移除系数μ"的概念,定量地计算构件在连续倒塌中的重要性指标。利用有限元软件ABAQUS对某实际工程进行非线性动力分析,分别模拟拆除角柱、长边中柱、短边中柱和内柱4种工况。分析结果表明,特征移除位移的算法能够在一定程度上反映出构件在抗连续倒塌中的重要性程度,预测结果与一般工程经验一致,且适合结构化编程计算。