新型索-拱结构的平面内弹性稳定性能研究

所研究的索-拱结构,是在圆弧形拱轴线上,按照拱平面投影n等分处设置放射状索,以改善拱轴线上不均匀弯矩分布,达到提高纯拱结构稳定极限承载力的目的。利用牛顿-拉普森法和弧长法对这种索-拱结构在全跨均布荷载和全跨恒载+半跨活载作用下进行了完善和带缺陷结构的弹性大挠度跟踪分析,研究了索对两种荷载形式下结构的极限荷载和平衡路径的影响;提出的索-拱结构能显著地提高拱的极限承载能力并能有效地防止结构二次分岔失稳的发生,计算结果对索-拱的设计有参考价值。     

交叉布索新型索-拱结构的静力性能及参数分析

结合弦撑式索-拱结构的撑杆布置特点以及张弦式索-拱结构的布索特点,提出了一种交叉布索索-拱结构。为了研究拉索节点位置、矢跨比、预拉力对新型索-拱结构的静力性能影响,建立了跨度60 m的交叉布索索-拱结构,采用ANSYS分析结构的静力性能,得出了一些实际性的结论。拉索节点位置越靠近拱体中点越可以极大地提高结构的竖向刚度,在均匀荷载作用下,拉索节点位置半跨1/6处结构的最大竖向位移比5/6处降低了40%;矢跨比的增加会提高结构拱脚处的稳定性,在不均匀荷载作用下,矢跨比0.15结构的水平支座反力比0.4降低1/3以下;预拉力的增加会降低下部索松弛的风险,但是增加拱体承担荷载的压力建议预拉力取值200 kN左右。     

圆弧形与抛物形拱结构的力学性能对比

针对圆弧形拱结构和抛物形拱结构的力学特性进行比较研究,基于结构力学的弹性中心法,分别得到无铰圆弧形和无铰抛物形拱结构在法向均布荷载下的内力及应力计算式,进而给出了不同矢跨比和厚跨比下两种拱结构的弯矩、轴力对比图,认为抛物形拱端的弯矩比圆弧形拱拱端的弯矩更集中,特别当水平拱圈的矢跨比较大时,抛物形拱拱端外侧易出现较大的拉应力,并对无铰圆弧形拱、无铰抛物形拱抗屈曲特性进行了比较分析,分别给出两种无铰拱结构的临界屈曲荷载解析计算式,认为在相同矢跨比下,抛物形拱的抗屈曲性能稍优于圆弧形拱,为工程设计人员应用提供参考。     

吉林省速滑馆悬索-拱屋盖结构设计

吉林省速滑馆是2007年第六届亚冬会的主场馆,其屋盖是一个预张力悬索-拱体系,悬索跨度近95m,悬索与拱梁之间设置“之”字状的吊索。悬索水平拉力的平衡体系由桅杆外侧的背拉索、接地索、水平撑杆、斜撑杆或屋顶锚固索组成。这种组合结合了悬索结构和拱结构的优点,悬索增加了拱的平面内稳定性能,同时减小了拱脚水平推力;拱提高了悬索的面内刚度,有效减小荷载作用下特别是非对称荷载作用下的结构变形。介绍了该体系的结构特点、初始预张力确定、动力特性、荷载作用下的力学性能,以及主要节点构造等。     

内凹式索拱结构极限承载力研究

采用考虑双重非线性的有限元方法对内凹式索拱结构的极限承载力进行了参数研究。主要分析了5种荷载形式下支座形式、拱矢跨比、索矢跨比、撑杆数量、拱截面、索截面、初始张拉力和初始缺陷等参数对内凹式索拱结构承载力的影响;并与仅考虑几何非线性的结果进行了对比。分析结果表明:支座形式、矢跨比、撑杆数量、拱截面等因素对结构承载力影响较大;索截面、初始张拉力和初始缺陷等对结构承载力影响较小;其合理的取值范围为:拱矢跨比取0.125~0.20,索矢跨比取0.05~0.10,索截面积取拱截面积的4%~6%,与拱结构相比,该结构的整体稳定性、极限承载力、整体刚度都大幅度提高,对缺陷的敏感度减低;半跨荷载是结构设计的控制荷载,给出了快速确定初始张拉力的简化计算公式。     

非节点集中荷载作用下索拱结构实例分析

索拱结构是大变形组合结构。本文对索拱结构在非节点集中荷载作用下的受力进行分析 ,并得出非节点集中荷载作用下 ,两节点间做成折线形拱比直线形拱受力性能好。     

全跨荷载作用下内凹式索拱结构受力过程中刚度的变化

针对现有关于全跨荷载作用下内凹式索拱结构受力过程中整体刚度变化规律研究较为缺乏的不足,采用试验验证和有限元分析的方法对其进行深入分析。首先介绍内凹式索拱结构整体刚度的计算原则,然后依据该原则对已完成的模型试验数据进行分析。在此基础上,通过改变某一典型实例中拱和索的矢跨比、截面以及结构初始缺陷等参数,建立不同参数下考虑双重非线性的有限元分析模型,并完成相应的分析工作,证实该类结构的初始刚度主要取决于上弦拱的矢跨比和截面,而受下弦索的影响较小。模型试验和有限元分析结果均表明,当拱索矢跨比差值约小于0.055时,全跨荷载作用下该类结构荷载-位移曲线的弹性段部分将具有较明显的非线性特征。     

张弦桁架设计若干问题讨论

对张弦桁架设计过程中的若干问题进行了讨论。增加张弦桁架的矢高或垂距可减小结构跨中的挠度及弯矩,但增加矢高会加大结构支座处的水平反力,加大风荷载作用下结构表面的风载体型系数,减小预拉力作用下结构跨中的反拱值及反向弯矩,建议在设计时首先考虑使用增加垂距的方法来改善张弦桁架的受力性能。在反对称荷载作用下,张弦桁架中的拉索及撑杆无法为桁架提供有效支承,对有可能遭遇反对称荷载作用的张弦桁架应重视结构在该工况下的分析设计。张弦桁架传力路径较为单一,杆件的屈服有可能致使结构实际的失稳情形与弹性稳定分析结果不符,对该类结构进行弹塑性稳定分析是有必要的。将张弦桁架中的拉索设计成并行双索的形式将有助于提高结构的抗连续倒塌能力。     

预应力加强型钢拱梁及其改进结构的性能研究

加强型钢拱梁是根据结构在承受竖向荷载时的内力及变形图,在钢拱梁平面内增加适当的撑杆和加强型索,以改善其受力性能、提高刚度和承载力的新型结构体系.通过有限元软件AN SY S分析了加强型钢拱梁在不同竖向荷载作用下以及不同初始加强型时应力和位移的变化规律,并依据钢拱梁在全跨和半跨荷载作用下的受力特征对加强型钢拱梁进行了改进和有限元分析.结果表明能较大地提高结构的刚度和承载力,而改进后的加强型钢拱梁对于抵抗半跨荷载的刚度和承载力又有明显的改善.     

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。     

索-拱组合结构中斜拉索的非线性参数振动

索-拱组合结构是大跨度拱桥施工过程中非常重要的临时结构。对大跨度拱桥施工过程中普遍存在的索-拱组合结构建立了非线性力学模型,考虑由于索的初始垂度、大位移而引起的几何非线性因素的影响,推导索-拱组合结构的非线性运动方程,对索-拱组合结构的边界条件与连接条件进行了简化,拱在连接处的边界条件被简化为用索的抗拉刚度表示的径向弹性支撑,拱在连接处的运动作为对索的周期性激励,建立索的非线性参数振动方程,运用多尺度摄动方法,对拉索可能发生的参数共振和亚谐波共振进行了理论研究和数值分析,确定了索-拱组合结构中拉索参数共振和亚谐波共振的影响因素及发生条件。研究结果表明,在拱的低阶局部振动频率处于一定区域时,拱的小幅振动能够激发拉索的大幅度运动,影响大跨度拱桥施工过程中索-拱组合结构的稳定性和安全性,对于一个给定阻尼和频率比的系统,足够小的激励幅值能够有效避免系统发生参数共振。     

新广州站索拱结构屋盖体系连续倒塌分析

以新广州站索拱结构屋盖体系为对象,对大跨度空间结构的连续倒塌分析方法进行了研究。利用基于概念判断的敏感性分析方法分析了单榀索拱结构的重要构件。对整体结构的重要构件及其几何位置分布、整体结构中空间作用的分布情况进行了讨论。采用变换荷载路径法（AP法）对该屋盖结构的抗连续倒塌性能进行了评估,并对比了AP法中线性动力计算和静力计算的结果。分析结果表明：静力计算结果偏于保守,而对于含有预应力拉索的结构体系,应考虑构件意外失效前整体结构的初始状态。新广州站屋盖结构体系具有较好的抗连续倒塌性能,该工程采用的新型空间索拱结构及巨型桁架是提高该结构体系抗连续倒塌能力的有效措施。索拱中采用的双索设置增加了正常使用情况下换索的可行性。图8表3参15     

索拱结构动力性能及地震响应分析

通过模态分析和时程分析研究了索拱结构的动力性能和地震响应。分析中改变矢跨比和预应力对比索拱相对与拱的动力性能的变化。在地震响应中考虑索拱的非线性,分别分析了索拱和拱对水平和竖向地震的响应。     

亚运会朝阳体育馆组合索网屋盖

朝阳体育馆的屋盖结构由两片预应力鞍形索网和中央索拱结构组成。本文介绍这一新颖空间结构的方案、主要构造、静力和动力分析以及模型试验的主要结果。     

预张力斜拉索拱与索拱结构的静力性能比较

预张力斜拉索拱结构体系在索拱结构的基础上添加了上部斜拉系统,因此呈现出不同的力学性能。通过对预张力斜拉索拱结构与索拱结构在相同荷载工况作用下,结构的内力、位移和支反力的参数比较分析,得出两者在静力性能的异同。结果表明,预张力斜拉索拱结构的静力性能优于索拱结构。     

索-拱结构平面外弹塑性稳定分析

应用有限元方法对索-拱结构及普通拱结构的稳定性能进行对比研究.其方法是:借助于通用有限元软件ANSYS对比研究索-拱与普通拱结构在各种荷载作用下的稳定性能.结合牛顿-拉弗森法和弧长法,分别对索-拱与普通拱结构在考虑几何非线性及同时考虑几何与材料双重非线性情形的极限承载能力进行数值分析.研究结果表明,索可以非常明显地提高...     

预应力索拱体系的研究与应用

随着会展建筑、体育场馆、共享空间等大跨度建筑在我国的蓬勃兴起 ,预应力索拱体系以其优越的力学特性越来越受到人们的重视 ;通过两个工程实例对预应力索拱体系的设计进行研究和探讨。     

预张力对郑州会展中心斜拉索拱结构力学性能影响

基于初始状态确定理论,针对郑州国际会展中心钢屋盖的矩形单元,借助ANSYS软件,研究了预张力对结构的静力、动力和稳定性能的影响,考察内容包括整体刚度、受力分布、自振特性、稳定安全系数以及屈曲模态等。认为预张力的静力效应可以按照线性理论进行设计,预张力对动力性能的影响不大,对于稳定性能的影响要兼顾多方面的考虑。为斜拉索拱体系在初始状态下的预张力取值提供了设计依据。     

预应力索-拱钢屋盖群索张拉优化研究

通过有限元程序对体育馆的预应力索 拱钢屋盖进行分析 ,比较两种张拉方式 ,提出合理的张拉方案 ,并给出类似结构的张拉方式