某工程大型钢拱结构稳定性分析

分析对象包括单拱,不同单元的拱系子结构和整体拱结构体系,并分有柱间支撑和无柱间支撑两种情况。分析内容有线性稳定,完善结构非线性稳定,有初始缺陷结构非线性稳定和几何非线性弹塑性稳定分析。分析比较得到如下结论：几何非线性和初始缺陷对深拱结构体系在拱平面内的整体稳定性的影响不明显,而材料的塑性性能影响十分明显;拱系结构的稳定性分析用单拱或少量单元的拱系子结构代替并不一定偏于安全。     

充气膜结构的充气压力变形

给出了旋转充气结构囊体在充气压力下的理论求解方法,并且求解出母线为椭圆时的充气囊体变形的解析解,证明了在小体积情形下,充气压力梯度对充气结构变形的影响可以忽略。其次给出求解任意母线充气囊体的数值解法,并与实测数据对比,验证数值解法的准确性,具有较强的实用价值。充气压力对囊体的变形研究对于充气膜结构找形、初始变形等后续研究有重要意义。     

拱结构平面内稳定性能研究

本文对平面圆拱结构进行有限元分析,比较了分岔屈曲和极值点屈曲两种失稳形式;讨论了不同的荷载分布情况、矢跨比和初始几何缺陷对拱结构屈曲承载力以及变形的影响;总结出拱结构平面内稳定性能受这些因素影响的变化规律,为拱结构设计提供一些有用的结论。     

预应力索拱结构施工技术与试验研究

海关总署西配楼为5层混凝土框架结构,因建筑功能改变,需在原结构顶部新增一层。新增拱形屋顶结构形式为预应力索拱结构。首先简要介绍了预应力索拱结构,然后使用施工仿真计算方法对结构不同施工阶段进行模拟,对不同荷载工况下结构变形及应力进行了分析,校核了钢结构及预应力钢索选型,确定了施工时预应力钢索初始预拉应力。为对该结构形式进一步研究,选取了一榀预应力索拱结构进行了1∶1模型试验,模拟预应力钢索张拉过程。另外,介绍了预应力索拱结构的施工技术,包括钢索张拉技术、应力监控技术等,并提供了部分张拉转换件做法,可供类似工程参考。     

拱结构施工过程的预变形分析方法

拱结构作为一种优良的受力体系,在工业与民用建筑、公共建筑、桥梁工程中得到了广泛的应用,随着其跨度越来越大,施工难度也随之大幅度增加,其中预变形已经成为施工控制的重要手段,因此对拱结构的施工方法和预变形分析方法进行总结和研究,对拱结构的施工具有较好的借鉴意义。     

张弦拱结构的结构分析与其静力性能研究

对张弦拱结构的受力件能与分析方法进行了系统的研究.根据张弦拱结构的自平衡特点,建它索与拱的变形协调方程,给出了张弦拱结构的平衡微分方程,并设定位移甬数,用伽辽金法进行求解,以求得张弦拱结构的内力与位移.这一连续化理论计算方法与非线性有限元分析方法、模型试验结果都进行了分析比较,证明本理论方法计算方便、直观精确,可用于张弦拱结构的分析与计算.根据理论公式,对张弦拱结构的静力性能进行了讨论,包括结构的线性性能、拱的弯曲刚度贡献、结构挠度与支座的水平位移、预应力过程等方面,对张弦拱结构的研究与设计有较好的指导意义.     

国外的充气模施工技术

充气模施工技术用之于拱结构、穹顶结构和其它壳结构不但能简化模板工程,还能降低模板费用。使用充气模施工时,可以先给模充气,混凝土可在模内,也可在模外浇注;还可在模充气前布置钢筋并浇注混凝土与平模上。混凝土可以摊铺,但最常     

钢拱结构的弯曲-扭转热屈曲

对横截面上分布线性梯度温度场的双轴对称工字截面钢拱结构的侧向屈曲性能进行研究。钢拱结构存在面内线性梯度温度场,产生面内曲率,从而使结构伸长。继续提高温度差和平均温度,结构所受弯矩和轴向压力将增至临界值。此时,结构背离初始平衡位置,发生侧向扭转屈曲破坏。采用一种新型的非离散机械方法模拟屈曲前的钢拱性能,而采用经典屈曲理论确定弯曲-扭转屈曲的临界温度。本方法要求采用迭代法确定临界温度梯度和临界平均温度。通过全面参数分析,研究热梯度变化和临界温度。本模型能给出封闭解,可用于基于性能的钢拱结构耐火设计和分析。     

传统生土窑洞的土拱结构体系

传统生土窑洞没有栋梁支撑,完全由挖凿成型的纯原状土拱作为自支撑结构体系.它们的建造没有经过正规设计和计算,但却能够居住百年甚至数百年而不坍塌.首先通过有限元软件,模拟分析生土窑洞土拱结构体系的受力变形规律;其次,研究民间营造在役生土窑居土拱结构体系构成和主要结构参数之间的关系.通过有限元模拟计算分析结果和民间营造现状的对比,探讨了民间营造的土拱结构体系所蕴涵的结构和力学原理,从而揭示传统生土窑居土拱体系合理性、可靠性和科学性,有助于生土窑洞的保护和传承.     

气肋膜结构动态折叠建模方法研究

建立充气膜结构初始瘪气状态的折叠模型是进行充气仿真的基础.动态泄气倒塌分析是获取复杂结构初始折叠模型的基本建模方法之一.以气肋膜结构为例,基于控制体积法,研究了有限元分析中单元类型、数量及三种倒塌算法对计算效率、折叠效果及单元变形等的影响.结果表明,三角形膜单元计算耗时少,但计算结果收敛慢;随单元数量上升,计算耗时呈非线性快速增长,收敛效率则呈非线性递减;压应力消除法倒塌计算慢、体积压缩困难、表面积收缩大,不适于建立初始折叠模型;过载法计算快、体积压缩极快、表面积变形极小,可用于建模,但折叠形态不佳;在综合应力消除法和过载法的基础上,提出适于建模的混合法,实现了较优的计算效率和单元变形控制,且折叠形态较自然.     

湿式连接装配式混凝土框架抗连续倒塌静力试验研究

梁柱节点连接在大变形下的承载和变形能力对装配式混凝土框架结构抗连续倒塌性能具有显著影响。对4个不同湿式节点连接的装配式混凝土框架试件和1个现浇试件进行了静力连续倒塌试验,其中梁采用了机械套筒、弯起锚固和预应力连接,柱采用套筒灌浆和浆锚搭接连接。研究发现：采用机械套筒时梁钢筋在套筒处集中断裂,试件在压拱机制和悬链线机制下的倒塌抗力均显著降低;梁钢筋采用弯起锚固时,试件受力行为和倒塌抗力与现浇试件基本一致;预应力能够显著提升试件在两个机制下的倒塌抗力,但是在极限倒塌变形下预应力锚具传递较大的集中力,导致节点区混凝土的局部劈裂破坏;柱钢筋的套筒灌浆和浆锚搭接连接能够承受连续倒塌大变形下的水平剪力作用,但是柱接缝灌浆层在显著的水平剪力作用下发生滑移,减弱了柱对梁的约束;机制转换时,压拱机制轴压力对试件倒塌抗力产生负贡献;机械套筒和预应力连接试件的梁轴力对倒塌抗力贡献比例分别高于和低于现浇混凝土试件。     

磁浮轨道钢箱梁日照温度场及变形研究

磁浮轨道梁日照作用下的温度变形是轨道梁设计需考虑的重要因素,文章根据传热学与有限元理论,结合上海夏季气象参数与日照辐射半经验公式,利用ANSYS建立上海磁浮线轨道钢箱梁日照温度场三维瞬态模型,经实测构件验证,计算值与实测值吻合良好。分析磁浮轨道梁的最大竖向与横向温差发生时刻的温度梯度分布,并以指数函数为基础拟合得到对应温度梯度曲线,竖向温差拟合值略低于德国磁浮规范值,横向温差拟合值高于德国磁浮规范值。基于日照温度场分析结果,计算不同支承形式钢轨道梁的温度变形,得到磁浮轨道钢箱梁在双跨连续形式下能够较好抵抗温度变形的结论。提出磁浮轨道钢箱梁外露部分涂料的选取建议,以减小日照辐射吸收能量,从而降低截面温差及温度梯度变形。     

钢结构高效装配减震体系拟动力和静力试验研究

针对装配式钢结构中广泛应用的钢框架箱型柱全熔透焊接的传统连接技术存在热影响区力学性能差、施工效率低、人工成本高、污染环境等关键问题,课题组提出芯筒式全螺栓连接节点,结合中间柱摩擦阻尼器减震技术,构建一种高效装配式减震钢结构体系。以工程实例为原型结构,对其中一榀进行0.7倍缩尺,对钢结构高效装配减震体系试验框架进行拟动力和拟静力试验研究。研究表明在El-Centro波8度(0.2g)多遇、设防、罕遇和8度(0.3g)罕遇地震作用下,试验框架表现出良好的刚接性能,拟动力试验结束后基本无塑性损伤。拟静力试验大变形情况下,试验框架滞回曲线呈双线性,结构主要通过阻尼器进行耗能,试验结束时,除柱脚应变较大外,节点域以及梁和中间柱位置几乎保持弹性状态。结果表明钢结构高效装配减震体系节点有良好的受力性能,中间柱型阻尼器发挥了耗能作用。     

传统民居穿斗式木构架抗震性能振动台试验研究

为研究西南地区木结构传统民居的抗震性能,对一个位于7度抗震设防烈度地区的两层、两跨穿斗式木构架进行模拟地震振动台试验。试验中选用3条天然波和1条人工波作为输入地震波,对模型结构的动力特性、加速度响应、位移响应、地震剪力及耗能能力进行分析。研究结果表明：随着输入加速度峰值的增加,模型结构自振频率减小,阻尼比增大。在加速度峰值为022g的地震作用后,模型结构X向和Y向的一阶自振频率分别降低了1069%和1997%,相应阻尼比分别增大到1606%和1747%。结构各层加速度放大系数随着加速度峰值的增加而降低,檐柱顶处的加速度放大系数在整个结构中最小,说明檐柱顶处榫卯节点在振动过程中减震作用明显。在加速度峰值为022g的地震作用下,结构最大层间位移角为1/53,此时未见模型有显著破坏,表明模型木构架具有良好的整体变形能力和抗倒塌能力。整个试验过程中,一层柱架耗能作用最大,柱脚耗能作用最小。     

端部锚固CFRP板加固RC梁IC剥离过程非线性分析1

端部锚固预应力碳纤维增复合板(Carbon Fiber Reinforcement Polymer Laminate,简称CFRP板)加固钢筋混凝土结构目前最为常见的抗弯加固方式,为探讨端部锚固CFRP加固RC梁IC剥离过程的起始和演化,文章基于部分黏结作用复合梁理论,利用内聚力开裂模型模拟界面层的剥离过程,通过引入含残余强度的四线性黏结滑移本构模型模拟CFRP板与钢筋混凝土梁之间相对滑移带来的界面的变形协调和应力变形行为的非线性特征和软化特性,得到单一裂缝模式下中间裂缝剥离过程中相应的界面黏结剪应力,相对滑移量、CFRP板轴力分布以及加固构件整体荷载 跨中位移,荷载 跨中CFRP板应变的响应曲线,并与文献提供的试验数据进行对比。结果表明,理论计算结果与试验结果基本一致,可以反映端部锚固CFRP板加固混凝土梁的实际受力状态,为端部锚固CFRP板加固混凝土梁的受力分析和设计提供了理论参考。     

Elastoplastic large deformation analysis of a lattice steel tower structure and comparison with full-scale tests

The objective of this paper is to develop a numerical model for simulating ultimate behavior of lattice steel tower structures. We present the elastoplastic large deformation analysis of a lattice steel tower structure using finite element analysis and we compare the numerical results with full-scale destructive tests. A 2-node three-dimensional L-section beam finite element proposed in our previous work is used. The beam finite element can consider eccentricities of loading and boundary conditions as well as material and geometrical nonlinearities. We model a real tower structure section using the beam elements and perform a nonlinear static analysis to obtain the limit behavior of the tower in two different load cases. The numerical results are discussed in detail.     

铁路鼎式路基结构分析方法

鼎式路基结构是通过同一板体将上部低矮的U型槽结构与下部中空的箱型结构连接为一体的新型路基结构,适于填高较大、用地局限及软弱地基的情况。为合理确定此新结构的理论计算方法,基于极限平衡理论,并结合水平条分法,分析推导出两类路基宽度下的上部槽内填土土压力与路面荷载附加应力的计算方法,进而将鼎式结构分解为上部结构与基础梁结构分别分析,前者可简化为平面刚架结构,后者可视为弹性地基梁结构,从而通过结构力学的力法与Winkler弹性地基梁理论分别对其求解,其间考虑了基础梁与上部结构的变形协调,且可分析地基差异沉降引起的上部结构附加内力与位移,并基于拟静力法分析路基结构整体地震稳定性。实例分析表明,理论分析与数值模拟结果整体上基本一致,结构内力的理论值比模拟值约高出3%～16%;地基差异沉降引起的上部结构附加内力一般不可忽视。在路基总高度不变的情况下,上部底板、基础板及腹板厚度均宜薄,所取的腹板高度应使上部底板与基础板最大弯矩之和最小,基础板外伸比宜为30%左右,以此优化鼎式结构型式。     

钢横梁混凝土立柱组合门式墩设计与施工

新建铁路小角度跨越运营电气化铁路时,为减小跨越结构跨度、结构高度、施工高度和运营铁路上方施工作业时间,采用钢横梁混凝土立柱组合门式墩跨越。以吴淞江西特大桥门式墩为工程实践,介绍钢横梁混凝土立柱组合门式墩的构造特点和施工方案。     

RCS梁柱节点半刚性连接弯矩-转角关系模型研究

梁柱节点作为RCS结构中的重要组成部分,其受力情况较为复杂,在地震作用下容易发生损伤。通过对RCS梁柱组合件抗震性能试验研究发现,该种梁柱节点连接并非是理想的刚性连接,而是一种半刚性连接。为了明确该种半刚性连接的受力及转动特性,系统探讨了柱面钢板厚度,钢梁高度、翼缘宽厚比、柱混凝土强度和楼板厚度等构造措施参数对该种半刚性连接在循环荷载下抗弯承载力以及初始转动刚度的影响。同时,基于参数分析和灵敏度计算结果,提出描述该种半刚性连接的弯矩-转角关系四折线模型。该模型计算结果与试验结果吻合较好,可以为基于半刚性连接的RCS组合结构设计提供参考。     

钻采井架钢结构的力学分析

钻采井架钢结构体系高宽比较大 ,柱截面尺寸相对较小 ,当其承受较大的竖向荷载时 ,几何非线性的P Delta效应将成为影响结构工作性能的主要因素。本文以钻采井架钢结构为研究对象 ,应用非线性力学的有限变形理论和有限元基本原理 ,建立U .L .列式的钻采井架钢框结构的几何非线性刚度方程和相应的有限元方法 ,可用于钻采井架钢结构的几何非线性分析计算。本文所用方法克服了经典梁柱理论的稳定函数法在轴力为拉、压和零时刚度系数表达式各异的不便