基于多参数的张弦梁结构稳定性分析

张弦梁结构是大跨空间结构中的一种,由于具有优良的受力特性,张弦梁结构已在我国大型工程中得到应用,但对这种结构的设计和施工过程的理论研究还不够完善。对张弦梁结构设计和施工过程中的若干问题进行较为深入的理论研究,分析张弦梁(桁架)结构在使用阶段的静力性能,重点讨论在常见的最不利工况组合下,初始预应力幅值、矢高比与垂跨比、拱截面惯性矩(桁架截面高度)和撑杆间距及数目等参数对张弦梁结构静力性能的影响,得出一些实用性的结论供设计和施工参考。     

内气压对三种形式张弦气肋梁结构基本力学性能的影响

主要分析三种形式的张弦气肋梁结构在不同气压值作用下的基本力学性能和静力承载能力,利用ANSYS软件构建张弦气肋梁结构的有限元模型,对结构进行从充气构建预应力到承受荷载的全过程分析。首先分析结构在荷载态时不同气压值作用下的内力状态,再根据荷载-位移几何非线性分析讨论满跨均布荷载作用下不同气压值对结构静力极限承载力的影响,并根据结构的受力性能和极限承载力大小以及结构对气压值改变的敏感程度,比较了三种形式的张弦气肋梁结构的优劣,拟定合理的气压值。所得结论可为进一步研究和设计张弦气肋梁结构提供参考。     

某雨棚多跨连续张弦梁结构的设计与静力弹塑性分析

多跨连续张弦梁结构是一种新型的平面张弦梁结构形式.介绍了某雨棚多跨连续张弦梁结构的设计概况和结构体系选用,并对结构进行了抗震性能分析.根据静力弹塑性(Pushover)分析的基本原理,对该结构进行最不利荷载组合下的静力弹塑性计算分析.计算结果表明:Pushover分析可以从能力谱曲线、层间位移角和塑性铰分布及变形方面综合地对该类大跨度钢结构进行抗震性能的评估,它是实现基于性能化设计的有效方法.     

斜交张弦-索网复合竹结构选型分析及试验研究

张弦梁与柔性索网是大跨度屋盖中应用较为广泛的两种结构形式.某拟建屋盖结构跨度大、支承点少、结构厚度小,传统空间结构形式难以实现,拟综合张弦梁与索网结构优点,提出一种新型复合空间结构,并建立竹结构缩尺模型开展理论分析与试验研究.首先基于双控原则对张弦梁子结构体系的预应力进行了优化分析,然后结合索网结构的布置特点,基于静力平衡与变形协调理论推导了索网构件的预应力设计方法,最后通过有限元方法分析了结构正常使用阶段与极限荷载作用下的结构静力性能,并与试验结果进行对比,验证了理论分析的正确性.     

长悬臂连续箱梁桥的静力荷载试验研究

在某城市高架桥的竣工静力荷载试验中增加长悬臂最大负弯矩工况,建立悬臂局部有限元模型进行理论计算,并将静载试验实测值与理论计算值进行对比,分析结构校验系数、相对残余变形和应变,结合公路桥梁相关规范,经过综合判断,该桥上部结构性能满足设计荷载作用下的安全使用要求。本文的静力荷载试验研究,尤其是悬臂根部最大负弯矩工况,可为长悬臂箱梁桥荷载试验提供参考。     

平面张弦梁结构的计算分析

介绍张弦梁结构的特点和受力机理,提出一种简化模型对该结构在预应力和使用荷载两阶段进行静力分析,并对张弦梁结构的设计提出了几点建议,可供结构初步设计参考。     

宝鸡游泳跳水馆新型张弦梁结构受力性能试验研究

宝鸡游泳跳水馆屋盖采用下弦为空间双曲预应力双支拉索新型张弦梁结构。为了探究该结构的变形及受力特点,以1∶5的缩尺模型为试验对象,在下弦双支拉索的两端同时施加预应力,使结构达到预期的初始状态,在此基础上对结构施加多种工况荷载进行静力分析,观测结构的整体变形和杆件的应力响应,并测试结构的极限荷载。试验结果表明,宝鸡游泳跳水馆张弦梁结构具有良好的整体变形能力和受力性能以及较高的安全储备。     

两种索撑节点的张弦梁静载试验研究

为研究不同索撑节点对张弦梁受力性能的影响,设计了连续式索撑节点和间断连续式索撑节点两榀模型。通过对两榀模型在预应力、跨中集中荷载及不对称集中荷载三种工况下进行静力试验,从索力损失、拉索伸长量等方面进行分析。结果表明:两种模型的索力损失相比于索力为小量,且索力均随着外部荷载的增加而线性增加,两种模型的索力大小差不多;跨中集中荷载作用下,间断连续式索撑节点张弦梁两侧的索力差几乎不变,而连续式索撑节点张弦梁两侧的索力差随外荷载增加而增大;不对称集中荷载作用下,连续式索撑节点张弦梁两侧的索力差几乎不变,而间断连续式索撑节点张弦梁两侧的索力差随荷载增加而增大。     

基于抗连续倒塌性能的张弦梁结构撑杆构型与数值验证

针对传统张弦梁结构冗余度低、易发生连续性倒塌的特点,引入变换荷载路径法改进撑杆构型,提出了一种交叉撑杆构型的张弦梁结构体系。以某体育馆张弦梁结构为原型,建立了新型撑杆构型的张弦梁结构基准模型。通过优化撑杆交叉角度、交叉节点位置等参数,得到了多个具有新型撑杆构型的张弦梁结构模型,并采用有限元方法对其承载力与抗连续倒塌性能进行了分析。结果表明：经合理设计,新型撑杆构型的张弦梁结构与传统张弦梁结构在刚度、承载力等方面较为接近,且新型撑杆构型的张弦梁结构承载力与撑杆交叉节点的位置有关;当中间索失效时,下撑杆能代替失效索为结构提供有效的传力路径,且交叉角度较大时新型撑杆构型的张弦梁结构抗连续倒塌性能更好;当边索失效时,交叉撑杆构型的张弦梁结构的竖向位移均较传统张弦梁结构的大幅减小,其抗连续倒塌性能更加优良。     

矩形平面索穹顶结构的模型试验研究

为了了解矩形平面Geiger型索穹顶结构的受力性能,设计并加工了一长边4.7m、短边3.4m的矩形平面索穹顶结构试验模型,并对该结构试验模型的预应力、自振频率及多种荷载工况下的多级静力加载等内容进行了理论分析和试验研究。研究结果表明:矩形平面Geiger型索穹顶结构与圆形平面Geiger型索穹顶结构具有相似的静力性能,它在满跨均布荷载作用下具有良好的受力性能,但不利于承受半跨均布荷载。且结构第一阶自振频率较低,自振频率随初始预应力的增大而增大,提高结构预应力水平可以改善结构刚度。     

大悬挑变截面梁折线形斜柱钢刚架受力性能试验研究

大悬挑变截面梁折线形斜柱钢刚架,结构型式不规则、受力复杂。为考察其受力性能,评价其安全性,对该结构进行了设计验证和极限承载力的缩尺模型试验研究和有限元分析。试验研究表明：变截面梁折线形斜柱钢刚架在设计荷载作用下均处于弹性状态,在极限承载力试验中,变截面梁与折线形斜柱连接部位最先屈服,2.56倍设计荷载时结构达到极限状态。结合试验结果与有限元计算结果,分析了结构的受力变形特征和内力分布规律,分析表明,有限元计算结果与试验结果吻合良好,试验结果验证了理论分析与原型结构设计的正确性;研究表明,折线形斜柱大悬挑钢刚架结构在保证顶部水平约束的情况下,具有较高的承载能力和足够的安全性。     

大跨度张弦式管梁研究

大跨度预应力张弦式管梁是运输管道跨越江河或沟堑的一种新型结构形式，其跨度可达100。150m。以一榀100m跨预应力张弦式管梁为原型，设计了1：15缩尺模型，在国内首次开展了张弦式管梁在预应力张拉阶段、正常使用阶段以及承载力极限阶段的受力全过程试验研究。基于ANSYS对试验全过程进行了非线性有限元模拟，并结合一致缺陷模态法与柱面弧长法，进行了同时考虑初始几何缺陷与几何非线性的屈曲分析。试验研究与有限元分析表明：半跨荷载对预应力张弦式管梁较为不利，结构整体变形与上弦应力增长较为迅速；结构对平面外的几何缺陷较为敏感，半跨荷载下的屈曲临界荷载较全跨荷载作用时稍低；结构具有可靠的稳定性与较大的安全储备，极限承载力达设计荷载的2．68倍；有限元计算值与试验结果吻合良好，表明本文采用的非线性有限元分析方法能较好地实现对预应力张弦式管梁受力全过程的模拟。最后，基于瑞利一里兹法推导了预应力张弦式管梁在弹性与弹塑性状态下的变形与内力计算公式。     

浦东国际机场T2航站楼钢屋盖设计研究

建设中的浦东国际机场T2航站楼采用了Y形柱支承的多跨连续张弦梁这一新型的结构体系,为确保该结构的安全、合理、经济,采用模型风洞试验、数值风洞模拟和等效静力风荷载计算等方法确定屋面风荷载分布和大小,进行了考虑材料非线性和几何非线性的弹塑性整体稳定性分析及动力弹塑性时程分析,以研究钢屋盖的整体受力性能。对一些创造性应用的节点,同时进行了足尺试验和有限元分析。研究结果表明,这一新型结构体系在本工程中的运用是合适和成功的。     

北京北站张弦桁架结构模型试验研究

张弦桁架结构具有自重轻、跨度大及整洁美观等优点。目前有关张弦桁架结构的试验研究大多以单榀为主,为了了解此种结构的空间受力性能,以北京北站张弦桁架结构为原型,制作了一几何缩尺比例为1∶10的5榀空间张弦桁架结构试验模型。首先介绍了北京北站张弦桁架结构雨棚的工程概况,其次描述了该试验模型的制作及组装过程,最后对其在多种荷载工况作用下的多级静力加载等内容进行了理论分析和试验研究。研究结果表明：虽然试验模型在垂直张弦桁架跨度的方向上布置了刚度较大的立体联系桁架和平面联系桁架,但是荷载传递的路径仍然是以沿着张弦桁架跨度方向的单向传递为主;空间张弦桁架结构承受非对称荷载能力强。     

基于塑性分析的钢筋混凝土箱梁悬臂板横向受力有效分布宽度

目前国内外相关设计规范中关于行车道板横向受力有效分布宽度的取值是基于弹性理论分析结果确定的,不能体现塑性阶段行车道板横向受力特点。通过对2个钢筋混凝土箱梁模型上的4块悬臂板进行荷载试验,得出悬臂板极限荷载和塑性铰线分布形式,并运用塑性分析方法,推导钢筋混凝土箱梁悬臂板在局部荷载作用下塑性有效分布宽度的计算公式。试验结果和理论分析比较表明:悬臂板的塑性有效分布宽度与荷载作用位置及单位板宽正、负极限弯矩值相关;满足构造配筋要求的箱梁悬臂板进行极限状态设计时,建议采用简化的三折线破坏模式进行塑性横向有效分布宽度计算,取正铰线扩散角为45°,负铰线扩散角为60°;荷载作用于悬臂板边缘时基于塑性的横向有效分布宽度是基于弹性分析的1.58倍。     

2008奥运会羽毛球馆新型弦支穹顶结构模型静力试验研究

制作了2008奥运会羽毛球馆1∶10缩尺模型,采用ANSYS数值模拟加载和模型试验加载两种方法,研究了模型在成型前单层网壳态自重作用下、施工张拉过程中、成型后设计荷载作用下和三倍荷载作用下,并直至加载破坏等各阶段的力学性能。将ANSYS数值模拟加载和模型试验加载结果进行了对比分析,获得了模型的构件内力、节点位移、支座水平位移的变化规律,得到了代表整体稳定性能的极限承载力的理论值和试验数据。研究了活荷载不对称分布对结构整体稳定性的影响,得到了模型整体失稳的破坏形态。研究表明,结构在低荷载下,理论值与试验值吻合较好,但在超载状态下两者偏差显著增大。主要因为在高应力状态下,弦支穹顶结构初始缺陷对结构性能影响开始显著,而数值模拟很难囊括各类初始缺陷的影响,导致试验所得整体稳定性低于数值模拟结果。另外,弦支穹顶整体稳定性对活荷载的不对称分布敏感,ANSYS得到的具有初始几何缺陷非线性稳定系数比实际结构高40%,设计和施工中应充分考虑,最终     

型钢-混凝土-预应力组合悬臂结构应用研究

通过中国济源篮球城11.5 m悬臂结构的工程实践,阐述型钢、有粘结、无粘结预应力混凝土组合构件的结构方案和设计方法,探讨该组合结构型钢顶端竖向张拉及预应力水平张拉的组合张拉方案和保证组合结构共同工作的措施。通过施工过程检测和模拟使用荷载的堆载试验进行结构验证。结果表明:该组合结构是活荷载较大及荷载变化较频繁的大悬臂结构、大跨度梁、大偏心柱、转换结构等的优选结构方案;高效预应力技术是保证组合结构共同工作的主动措施;型钢强迫位移法施加的有限预应力,可充分发挥型钢的抗拉强度,改善结构的抗裂和变形性能。     

大跨度索穹顶结构模型静力试验研究

以内蒙古伊旗全民健身体育中心工程为研究对象,设计制作了1∶10缩尺肋环型索穹顶结构试验模型,研究了模型结构张拉成形后在设计荷载作用下的力学性能,将ANSYS数值模拟加载和模型加载结果进行了对比分析,获得了模型静力响应的变化规律及活荷载不对称分布对结构整体静力性能的影响。研究表明：索穹顶结构在外荷载作用下,脊索存在应力减小的现象;结构可随荷载的变化不断调整预应力的分布状态;作为柔性空间体系,对非对称荷载作用十分敏感;结构在设计荷载作用下, 结构构件均处于安全的工作范围内;数值模拟结果与试验值吻合较好,验证了数值模拟的正确性和结构设计的合理性。     

建筑结构刚重比规范算法研究及 PKPM 软件实现

刚重比是衡量建筑结构整体稳定性的重要指标。根据倒三角荷载模式下的悬臂柱力学模型,提出适应任意荷载分布形式的刚重比计算公式,并给出钢结构、钢混组合结构刚重比的设计限制。结合实际工程,采用PKPM软件建立不同结构的模型,对比分析风荷载或地震作用两种常见水平荷载下的刚重比软件计算结果与理论计算值,两者吻合较好。