预应力全索系整体张拉结构设计研究

预应力全索系整体张拉结构是具有“内部没有压杆的全索系拉杆海洋”特点的结构体系,该结构体系结构稳定承载力和变形性能是工程设计的关键。为研究全索系整体张拉结构的弹塑性发展规律,进行了基于材料非线性和几何非线性的结构承载全过程分析,得到典型单元荷载-应力、关键节点荷载-竖向位移全过程曲线。分析结果表明：建议全索系整体张拉结构索构件在弹性阶段的应力比应小于0.40,内环索竖向变形应小于悬挑跨度的1/40~1/50。全索系整体张拉结构的屈服荷载系数及延性性能高于有钢压杆的预应力钢结构体系;增大预应力度是改善谷索排雪水功能的有效措施之一。     

张拉整体柱壳静力特性分析

施加合理的初始预应力,利用应力自平衡的单元结构拼接成张拉整体柱壳结构,分析张拉整体柱壳结构在不同索截面及索初始预应力下的静力特性。     

大连北站大跨度张弦桁架施工技术

大连北站屋架主体为跨度72m的预应力张弦桁架结构,主桁架间距为21.5～28.45m。由于桁架跨度及间距均较大,张拉过程中容易出现整体稳定性差及结构构件横向失稳现象。通过合理的张拉施工工艺有效地保证了单榀桁架3根拉索张拉同步性,同时采用特殊的插板节点处理以及合理的张拉施工顺序,很好地解决了预应力张拉施工过程中的一些难点问题。     

大跨度索穹顶结构温度响应分析

根据鄂尔多斯伊旗全民健身体育中心大跨度索穹顶结构设计要求,采用有限元分析方法,分析了初始预应力和温度共同作用下节点位移和预应力索应力变化情况,研究了初始预应力对温度效应的影响,探讨合理张拉温度以及由于温度作用对初始预应力采取的适当补偿措施。研究表明：温度作用对索穹顶结构外圈索和外圈撑杆的应力产生不可忽视的影响,在设计张拉预应力度时,既要考虑施工张拉温度与下料温度不同的影响,又要保证正常使用状态下结构在温度作用下的安全;温度作用下预应力度对索穹顶结构静力性能的影响显著。     

新型预应力组合钢桁架的静力有限元分析

针对实际工程中的大跨重载结构,提出一种新型预应力组合钢桁架结构,利用有限元分析软件ANSYS对新型预应力组合钢桁架结构进行静力分析,研究结构体系各部件在使用阶段及张拉阶段的受力及变形性能,说明新型预应力组合钢桁架结构设计的合理性及可靠性。     

装配式预应力短索自复位钢框架数值模拟

在已经完成的预应力短索自复位钢框架节点试验和数值模拟的基础上,采用ABAQUS有限元分析软件将装配式预应力短索自复位钢框架和普通自复位钢框架、刚接钢框架进行静力往复加载和动力时程的数值模拟结果进行对比分析,结果表明:两种自复位钢框架较刚接框架而言可有效减少结构损伤,且残余力较小,具有良好的自动复位和恢复结构功能的能力;装配式预应力短索自复位钢框架可以避免高空张拉钢绞线,减小了张拉难度,保证了张拉质量,具有更广阔的应用前景。     

平板型张拉整体结构几何体系及受力特性分析

本阐述了张拉整体结构的组成和形式,并通过奇异值分解法对张拉整体结构的单元体进行了体系分析,证明中所给的单元体是具有一阶无穷小机构的几何稳定体系。中以平板型张拉整体结构为例研究了张拉整体结构的工作机理,分析了初始预应力与结构刚度的关系,得到了一些有益的结论。     

某张拉整体塔结构动力特性及地震反应分析北大核心CSCD

以在天津塘沽区拟建的某张拉整体塔雕塑为背景,分析了预应力大小对张拉整体塔结构自振特性的影响规律。研究发现,张拉整体塔各阶自振频率随预应力的增大而增大,但10阶后的频率基本与预应力水平无关;在多遇地震和罕遇地震作用下,结构杆件内力变化和节点位移均满足规范要求,罕遇地震作用下各杆件动静比明显大于多遇地震,杆件动静比随初始预应力的增大而减小;罕遇地震下,结构在多维地震作用下的响应一般大于单维,XY向和XYZ向地震作用响应基本一致。     

预应力钢桁架火灾响应及火灾后受力性能试验研究

对4榀空间预应力钢桁架结构模型进行火灾下的结构响应及火灾后力学性能试验研究。模型选用奥氏体304无缝不锈钢管制作,张拉钢索采用7×12+IWR镀锌高强钢绞线,通过置于模型下端中心处的伸缩小立柱施加预应力。结构模型两端简支,另两边自由。试验测定了火灾下桁架弦杆和腹杆的温度响应及上弦节点位移,并对火灾后尚未破坏的结构模型进一步进行原位卸载及加载试验。研究结果表明：预应力不锈钢桁架模型在受火过程中,虽然张拉钢索产生一定的松弛,但结构模型未出现整体坍塌;火灾后的预应力钢桁架产生一定的残余位移,且对于相同几何尺寸和受火条件的结构模型,二次张拉施加预应力的结构模型火灾后残余位移小于一次张拉模型;对于具有较大刚度的结构,张拉次数及最高受火温度对预应力不锈钢桁架的火灾后弹性极限荷载没有影响。     

某张拉整体塔结构动力特性及地震反应分析

以在天津塘沽区拟建的某张拉整体塔雕塑为背景,分析了预应力大小对张拉整体塔结构自振特性的影响规律。研究发现,张拉整体塔各阶自振频率随预应力的增大而增大,但10阶后的频率基本与预应力水平无关;在多遇地震和罕遇地震作用下,结构杆件内力变化和节点位移均满足规范要求,罕遇地震作用下各杆件动静比明显大于多遇地震,杆件动静比随初始预应力的增大而减小;罕遇地震下,结构在多维地震作用下的响应一般大于单维,XY向和XYZ向地震作用响应基本一致。     

弦支穹顶初始预应力分布的确定及稳定性分析

弦支穹顶结构体系是基于索杆张力体系和单层网壳而形成的一种新型杂交空间结构体系．本文对这种结构的初始预应力确定方法及其稳定性能进行了深入的理论研究．提出并采用了基于将结构分块的分析方法——局部分析法，并结合弦支穹顶的拓扑关系对初始预应力分布的确定进行了简化．针对联方网格型弦支穹顶结构进行了静力稳定性能分析，结果表明同单层网壳相比，尽管其用钢量增加了近30%，但其极限载荷却提高了266％。结构体系更加合理，具有很好的应用前景。 -     

预应力巨型支撑-钢框架结构拉索预拉力取值准则试验研究

基于纯钢框架结构及钢框架-支撑结构的受力特点,提出新的结构形式一预应力巨型支撑-钢框架结构体系。制作缩尺模型,以试验研究该新型体系中拉索预拉力取值准则及结构侧移模式。试验表明:预应力巨型支撑-钢框架结构中,拉索预拉力以"受压最大的拉索在外部荷载作用下剩余拉力接近于零"为确定准则;预应力巨型支撑-钢框架结构侧移模式具有弓形特征。     

泉州体育馆张弦桁架支撑壳体结构设计的关键问题

泉州市体育馆的椭球型屋盖采用张弦桁架支撑壳体。重点介绍了该结构在分析和设计中的关键问题:利用NURBS造型技术生成泉州体育馆非规则屋盖曲面、结构体系布置;结合工程实例提出了张弦桁架结构拉索初始预应力取值的若干原则以及合理处理支座水平推力的方法;利用弹塑性方法分析其稳定性和极限承载力以说明张弦结构优异的力学性态。     

The structural behaviour of a pre-stressed column–beam connection as an alternative to the traditional timber joint system

We present a new and alternative proposition for the traditional Asian timber column-and-beam connection, using the Kusabi–Nageshi (K–N) joint system. The mechanical behaviour is complex and relies on the embedment strength of the timber, pre-stress, friction, and elastic energy storage. Using a systematic comparative analysis, the advantages of the K–N joint over more traditional joints can be made clear. The comparison of the hysteresis from cyclic loaded cross-joint tests with varied pre-stress clarifies the enhanced mechanical behaviour of the K–N joint system.     

连云港体育馆屋面弦支穹顶结构分析与设计

弦支穹顶结构体系是在单层网壳和张拉整体的基础上发展起来的一种新型空间结构。详细介绍了上部为肋环型单层网壳的弦支穹顶结构体系在连云港体育馆屋面中的具体应用。包括屋盖结构体系的布置特点,荷载取值,初始预应力的确定原则,结构力学性态分析以及拉索与撑杆连接节点弹塑性分析。最后,对该结构作了弹塑性极限承载力研究,并就结构的安全度作了探讨。     

Experimental and numerical assessment of stayed steel columns

Stayed steel columns may be used as compression-resisting members of a structure presenting high slenderness ratios and fast erection requirements. The system is able to sustain a wide range of load levels and lengths with economic and reliable structural solutions. Although this structural solution dates back from the 1960s its structural behaviour is not fully understood. This fact motivated a study of the system structural behaviour by means of an experimental program followed by finite element simulations aiming to determine the most efficient structural geometries and the corresponding steel ties pre-stress force magnitudes. A series of full-scale tests were executed in 12 m pre-stressed steel columns with a 90 mm diameter. Some of the main contributions of the current study are related to the conception, development and execution of new tri-dimensional full-scale tests and the development of a finite element model calibrated against these experiments. An extensive parametric analysis based on the calibrated finite element simulation was also performed focusing on the most significant parameters that could affect the structural response, i.e., column length and diameter, pre-stress force magnitude, among others. The test and numerical results will certainly contribute to the development of updated design procedures and formulae to be introduced in future structural design codes.     

改进悬臂型张弦梁结构理论分析及试验研究

借鉴张弦梁结构(BSS)的构成原理,提出一种改进悬臂型张弦梁结构(CSS),并进行了理论分析和试验研究。通过向上、向下荷载作用下的结构静力和几何非线性分析,得知这种结构以承受轴力为主,并具有良好的稳定性和抵抗不对称荷载的能力。为验证这种新型结构的力学性能,设计了一个直径为54m的试验模型,并设计了支承部件、可调索杆、连接节点的制作方案,进而全面考察了索的初始预应力分布以及模型在满跨、半跨加载两种荷载工况下的静力响应。理论与试验研究结果表明,在这两种荷载工况下,模型的静力响应与理论分析结果基本吻合,改进悬臂型张弦梁结构(CSS)受力合理,是一种适于大跨悬臂屋盖的新型结构形式。     

体外预应力混凝土结构的性能研究

对体外预应力混凝土的基本概念进行了阐述,对无粘结预应力结构和体外预应力结构极限应力进行了研究,对无粘结预应力结构与体外预应力结构设计要点进行了比较,且对体外预应力在加固中的设计方法进行了总结,最后得出了两种预应力结构体系的不同结论和设计建议。     

自复位装配式钢-混凝土混合框架节点抗震性能试验研究

结合装配式梁、柱构件螺栓连接施工便捷的特性与后张预应力筋预压连接的抗震性能优势,提出一种自复位装配式钢-混凝土混合结构框架节点,该节点由钢筋混凝土柱和钢-混凝土混合梁通过高强螺栓拼装而成,主要通过后张梁内的无黏结预应力筋提供复位力,并通过摩擦耗能装置与钢梁段塑性变形进行耗能。共完成了5个边节点的低周往复加载试验,分别研究了混合梁内预应力筋的初始预拉力与摩擦装置中高强螺栓的初始预紧力对该节点承载能力、抗震性能、耗能能力和复位能力的影响。研究结果表明：试件表现出明显的两阶段滞回特性,第一阶段为钢梁段屈服前,混凝土梁与钢梁段接触面呈现出持续开合复位机制,滞回曲线呈现明显双旗形,复位效果明显;第二阶段为钢梁段屈服后,随着荷载增大,钢梁的塑性变形逐渐增大,滞回曲线趋于饱满,试件耗能能力显著增加。试件的峰值荷载、延性系数和累积耗能值随摩擦装置中高强螺栓的初始扭矩增大而增大,峰值荷载和复位能力随梁内预应力筋的初始预拉力增大而增大。在整个试验过程中,各试件梁、柱主体构件损伤不明显,基本实现震后可恢复。     

Initial stiffness and moment resistance of reinforced joint with end-plate connection

In beam-to-column joint with bolted end-plate connection, the structural details of column flange reinforced by backing plate and column web panel reinforced by supplementary plate are analyzed. The joint is divided into some basic components, and the initial stiffness of each component is obtained. Especially, the initial stiffness of reinforced components is drawn by theoretical model and finite element analysis. The initial stiffness of reinforced joint can be obtained by assembling the initial stiffness of each component. The design moment resistance of column flange reinforced by backing plate is deduced based on yield line method, and the design moment resistances of other components are deduced based on present codes. The design moment resistance of the reinforced joint is then determined by the minimum of the design moment resistances of all components. By comparison with the results of finite element calculation, it is verified that the method to calculate the initial stiffness of reinforced joint is accurate enough to be used to estimate the rigid behavior of the joint and to make parametric study.