新型“人字”支撑复合结构空间静力性能分析

针对用于代替黏土砖住宅结构的新型“人”字支撑复合结构进行了空间建模分析及其空间结构静力性能分析．通过建模分析，提出了空间楼板单向传力的建模方法，解决了有限元软件无法模拟单向板的问题．然后计算了新型复合结构在六种静力荷力载组合工况作用下的内力和位移，结果表明，空间复合结构在各种荷载组合工况下，其梁的最大挠度小于规范值，顶点最大水平位移及最大层间位移均小于框一剪结构的规范限值；粱、柱、支撑仅需要构造配筋，其受力主要考虑“恒载＋满跨活载”及“恒载＋0．9（风载＋满跨活载）”组合工况．因此空间复合结构具有良好的刚度和受力性能．     

三塔结合梁斜拉桥几何非线性精细化仿真分析

随着斜拉桥跨径的不断增大,结构几何非线性的影响越来越明显.本文介绍了大跨径斜拉桥几何非线性的三个主要因素及其分析方法,通过有限元软件ANSYS,采用空间板壳和实体单元与梁单元相结合,完全按照实际的结构形式建立武汉二七长江大桥精细化空间有限元模型,分析其在恒载作用下的几何非线性效应.结果表明,非线性对主梁竖向位移影响最大,主跨跨中处达到25.6%,故进一步研究该桥在运营阶段主跨跨中位移在活载最不利工况下的非线性影响.本文的建模方法和分析结果对该类大跨径结合梁斜拉桥的设计和施工具有实际参考价值.     

两种矩形板考虑初始恒载效应的位移伽辽金近似解

基于板考虑初始恒载效应的应变能表达,运用变分原理导出了静力平衡控制微分方程。运用伽辽金法求解得到了四边固支、简支矩形板考虑初始恒载效应的近似活载（或后期荷载）位移表达式,并运用有限元法验证了公式的正确性。各近似位移表达式简单明了,清楚地反映了前期恒载和各因素对活载位移的影响,更为直观地说明了板的恒载效应这一概念。计算分析表明：初始恒载的存在增加了板的弯曲刚度,减小了活载位移;板的恒载效应主要受恒载大小、跨厚比和边界条件等因素的影响;对于较薄或弯曲刚度较小的板,在计算分析和结构设计中应考虑这种恒载效应对承受活载（或后期荷载）作用的受力行为影响。     

月牙形索桁罩棚结构的静力性能模型试验

以浙江省乐清市体育场工程为背景,对一种新型的月牙形索桁结构进行1∶15缩尺模型的静力性能试验研究.分析试验模型和实际结构物理参数的相似比例关系,数值验证缩尺后试验模型内力和位移相似比的符合性.介绍模型试验主要节点构造做法、索力和变形的测量方法、张拉和加载方法.采用控制上下径向索索力的方法对结构张拉成形,并考察月牙形索桁结构的初始态预张力分布特点.进行自重、恒载、半跨活载及全跨活载4种工况下的加载试验,并测量径向索和环索内力以及环索节点位移.试验结果表明,控制上下径向索索力的张拉方法能够有效建立结构的设计预张力,环索实测内力偏差与理论值相比可控制在3.3%以内.在4种加载工况下,月牙形索桁结构试验模型的内力和变形值与设计值符合良好,说明在设计预张力下实际结构具有可靠的刚度和承载力.     

大跨中承式钢管混凝土拱桥极限承载能力

分析了大跨中承式钢管混凝土拱桥在设计荷载工况作用下的静力失稳全过程,对其受力特性及破坏机理进行了探讨,并对桥面系非保向力作用对结构稳定性的贡献进行了讨论。结合ANSYS软件的分析功能,对一360 m跨的中承式钢管混凝土拱桥进行了荷载工况-恒载+全跨双向汽车荷载+全跨双向人群荷载+风荷载-作用下的极限承载能力分析,通过内力、变形等指标描述了算例的静力失稳全过程。分析结果表明,结构达极限荷载时发生的面外失稳破坏属于典型的极值点失稳问题,在此过程中,桥面系对拱肋的非保向力作用对结构面内、外刚度均有贡献,且在拱肋弹性受力阶段贡献更大。     

索杆张力结构静力位移场快速测量

提出一种新的静力位移扩展方法来快速测量索杆张力结构的静力位移场. 在特定荷载作用下,实际结构的静力位移可以近似表示为少数贡献模态的线性组合. 在此基础上,提出一种迭代策略来优选测点位置,以无偏估计贡献模态的组合系数,从而快速获得完整的静力位移. 针对结构模态不完全正交却被用作基向量的问题,引入主成分分析法来论证用结构模态代替自由度空间基向量的有效性. 以某200 m跨环形张力罩棚结构为例进行数值分析. 结果表明,所提方法具有较高的扩展精度,在加载点很多但贡献模态较少的荷载工况下能有效减少测点数量,从而大幅提高静力测试效率. 主成分分析结果表明,结构模态包含自由度空间完整的正交基信息,说明利用结构模态的线性组合来表示静力位移是有效的.     

高墩大跨曲线刚构桥最大悬臂与成桥阶段稳定性分析

以高墩大跨曲线刚构桥为研究对象,基于欧拉稳定理论,利用空间有限元法,考虑可能的不利荷载工况,对最大悬臂状态和成桥运营阶段的结构稳定性进行计算分析.结果表明:最大悬臂状态是施工过程中最不稳定的状态;对该桥结构稳定性起控制作用的是恒载,活载、风荷载、温度等对桥梁稳定影响不大或者比较小;在悬臂浇筑阶段,曲线刚构桥墩顶的横向位移显著增大,在成桥阶段时影响较小,尤其是风荷载的影响;得出高墩大跨曲线刚构桥墩高、曲率半径与稳定特征值之间的关系,为同类桥梁的设计、施工及线性监控提供参考.     

多层住宅新型复合结构在竖向荷载作用下的试验分析

通过对用于多层住宅的一榀新型复合结构模型在竖向荷载作用下的试验,研究了复合结构在正常使用阶段和承载力极限状态时梁柱及支撑的各截面应力、裂缝、变形和破坏形态.结果表明,一榀五层复合结构,在梁柱截面为250 mm×250 mm、支撑截面为120 mm×120 mm、承载面积为4.2 m×4.2 m的情况下,荷载达到一般住宅竖向荷载标准值及设计值时,梁的裂缝和挠度远小于混凝土规范限值.复合结构在竖向荷载作用下的破坏形态为梁铰机构体系;并建议梁的高度取实际跨度的1/14～1/10.     

荷载非对称分布对组合肋壳稳定性的影响

首先对组合肋壳与其他组合壳体结构形式进行了对比,阐述了组合肋壳这种新型结构的优势.利用非线性有限单元法研究了荷载非对称分布对组合肋壳稳定性的影响,得出了在U.L.描述下的组合单元刚度矩阵,并利用弧长法跟踪结构的荷载-位移曲线.通过在全跨、1/2跨对称、1/2跨不对称、1/4跨四种不同荷载分布作用下,组合肋壳稳定性的全过程跟踪,得到了组合肋壳的失稳形式和最大变形点全过程荷载-位移曲线,发现不同荷载作用下极限荷载不同,1/4跨均布荷载是结构的最不利受力情况,同时计算结果显示组合肋壳结构有较高的后屈曲强度.     

大跨钢-混凝土组合楼盖的优化设计

针对大跨度钢-混凝土组合楼盖的经济适用工况和优化方向，以重要参数为基础，对大跨钢-混凝土组合楼盖的优化设计问题进行研究.在优化分析时，以组合楼盖的经济等效用钢量为目标函数，变量包括钢梁截面尺寸、钢梁间距和混凝土翼板厚度等8个参数，约束条件服从塑性设计理论、规范规定和工程经验.在不同跨度和可变荷载下，利用广义简约梯度(GRG)算法求解获得经济等效用钢量最小的组合梁截面.根据优化结果，跨度小于60 m、可变荷载小于6 kN/m²的组合楼盖能够有效地发挥组合结构的组合作用，具有较好的经济效益.对于传统组合楼盖经济适用性不强的超大跨楼盖，从提高腹板承载效率的角度，可以使用波形钢腹板组合楼盖体系，考虑张弦梁受力高效的优点提出新型弦支组合楼盖体系.     

蒲山大桥力学性能分析

采用MIDAS／Civil软件建立蒲山大桥——下承式钢管混凝土系杆拱桥的空间有限元计算模型,分3种工况计算该桥在恒载和恒载＋活载作用下的桥梁力学性能,计算结果表明该下承式钢管混凝土系杆拱桥的系杆最大压应力值为-12．6MPa,拱肋最大压应力值为-120．0MPa,均小于材料的设计抗压强度;吊杆安全系数最小为3．17,满足规范关于最小安全系数不得小于2．5的规定,具有较大安全储备;该桥梁在汽车荷载作用下位移满足设计规范正常使用极限状态下的变形要求。本文计算结果已为该拱桥的设计复核提供了参考。     

索杆张力结构静力位移场快速测量

提出一种新的静力位移扩展方法来快速测量索杆张力结构的静力位移场.在特定荷载作用下,实际结构的静力位移可以近似表示为少数贡献模态的线性组合.在此基础上,提出一种迭代策略来优选测点位置,以无偏估计贡献模态的组合系数,从而快速获得完整的静力位移.针对结构模态不完全正交却被用作基向量的问题,引入主成分分析法来论证用结构模态代替自由度空间基向量的有效性.以某200 m跨环形张力罩棚结构为例进行数值分析.结果表明,所提方法具有较高的扩展精度,在加载点很多但贡献模态较少的荷载工况下能有效减少测点数量,从而大幅提高静力测试效率.主成分分析结果表明,结构模态包含自由度空间完整的正交基信息,说明利用结构模态的线性组合来表示静力位移是有效的.     

单层脊线式叉筒网壳结构性能研究

对一组圆柱面网壳交叉组合形成的新型网壳结构--叉筒网壳中的单层脊线式叉筒网壳的结构性能进行了系统研究.运用有限元方法分析了该结构在对称与非对称荷载作用下的静力性能,并着重讨论了矢跨比、荷载工况、边界条件和几何初始缺陷对结构非线性稳定性能的影响.研究了不同矢跨比和不同屋面荷载作用下的结构自振特性,并比较了不同矢跨比结构在地震作用下的水平地震内力和竖向地震内力.研究结果表明,单层脊线式叉简网壳受力性能良好,非对称荷载对结构性能的影响不大;矢跨比对结构的稳定极限荷载和动力性能影响较大;随几何初始缺陷的增大,结构稳定极限荷载平缓降低.     

索穹顶与单层网壳组合结构的模型试验研究

研究索穹顶与单层网壳组合的新型空间结构的受力性能.设计肋环型索穹顶与肋环双斜杆型单层网壳组合的结构,对其进行下部索穹顶预应力张拉试验以及结构在全跨和半跨荷载下的静力性能试验.根据试验结果对试验的计算模型进行修正,并将结构在全跨和半跨荷载下的试验实测数据与理论分析结果进行比较.结果表明,实测数据与理论分析之间差异较小,模型设计和试验方法合理,理论分析方法正确.修正的计算模型能准确反映结构的力学性能.     

大跨单层折面空间网格结构施工全过程分析

以深圳大运会体育场大跨屋盖为工程背景,分析了新型＂单层折面空间网格结构＂的受力特点;基于大跨空间网格结构的矩阵力学模型,考虑结构在施工过程中几何时变、约束时变、荷载时变等特征的基础上,建立了考虑时变效应的施工状态非线性求解分析方法及其步骤,并利用ANSYS的APDL语言编制了单层折面空间网格结构的施工全过程分析程序。分析结果表明：结构在施工过程中的最大位移、最大应力均随之出现一定程度的波动;支撑内力在卸载过程中均有较大波动,其波动幅度最大接近于初始值的2倍;施工完成时结构中的应力与设计状态存在差异,位移分布也出现了不对称的现象。分析结果可为临时支撑的设计与施工过程的控制提供指导和依据。     

常见桥型的结构分析与比较

按结构受力特性分类,桥梁基本体系大致町分为三种,即拉、压、弯.在工程运用中,梁桥、拱桥、斜拉桥及悬索桥运用较广.根据桥梁结构的相关理论,从恒载内力、活载内力、附加内力、荷载组合、强度及变形计算等方面对这几种基本体系的桥梁进行了综合分析比较,较系统地提供了常见桥梁结构的分析方法,阐述了各种桥梁结构受力的共性及各自的特性.为设计及施工单位提供了有益的参考.     

连续梁桥预制PC小箱梁裸梁加载试验研究

为评估某桥左幅5-3端跨中梁(小箱梁)的实际承载能力,验证桥梁设计可靠性和施工质量.基于静载试验的方法,研究正载工况下该小箱梁控制截面的应变和挠度值,并与设计值进行校验.分析结果表明:在试验荷载作用下,该小箱梁各测试截面的挠度实测值均小于理论计算值,其挠度校验系数为0.73～0.82,结构刚度性能满足规范要求;各测试截面的应变实测值均小于理论计算值,应变校验系数为0.78～0.88,结构强度满足规范要求;试验加载过程中未出现异常现象;加载前及荷载作用下,小箱梁测试截面附近区域内,未发现新增的肉眼可见的横向裂缝,表明该小箱梁结构静力性能满足设计荷载的正常使用要求.     

预应力超高强混凝土简支梁抗弯性能分析

为探讨预应力超高强混凝土梁的抗弯性能,进行了4根后张法有粘结预应力超高强混凝土简支梁在竖向静力荷载作用下的受力性能试验,分析了试件受力过程、破坏形态、短期最大裂缝宽度以及跨中挠度等相关试验数据.结果表明:预应力超高强混凝土梁受弯破坏形态和挠曲模式与预应力混凝土梁基本相同;试验梁跨中控制截面基本符合平截面假定,极限承载力按照规范正截面抗弯理论计算可行.通过分析试验数据,在现行规范的基础上修正了裂缝宽度及挠度计算公式.研究结果可为超高强混凝土梁的设计以及相关规范的修订提供理论依据.     

港珠澳大桥组合连续箱梁桥剪力钉受力分析

港珠澳大桥浅水区非通航孔分幅方案采用85m钢-混组合连续梁,6～7孔一联,设计使用寿命120年。采用大节段整孔吊装、简支变连续、支点顶升及回落、负弯矩区桥面板张拉预应力等施工工艺。由于组合梁外侧桥面板悬臂都比较大,在受到活载最不利布置的荷载作用下,箱梁翼缘板上横桥向处于腹板附近以及内侧的剪力钉存在拉拔的可能。为研究组合连续梁恒载及活载作用下剪力钉沿顺桥向及横桥向空间拉拔力分布,采用ANSYS软件建立单跨85m组合连续梁桥空间精细有限元模型,选取组合梁剪力钉受力最不利的边跨为研究对象,同时采用弹簧单元COMBIN39模拟剪力钉,以准确计算每个剪力钉受到的拉拔力。通过对两种截面形式剪力钉内力的计算分析结果表明,在恒载及活载偏载作用下带小纵梁截面形式剪力钉受到的拉拔力大小为无小纵梁截面形式剪力钉的一半,带小纵梁截面形式对剪力钉受力更加有利。     

沉管灌注桩竖向承载力可靠度分析

为了研究沉管灌注桩的失效概率,采用无量纲随机变量的极限状态方程,结合南京江北地区沉管灌注桩试桩资料,根据工程桩的竖向荷载—沉降曲线关系表达式来分析和推算单桩竖向极限承载力,用"校准法"对单桩竖向承载力进行可靠度分析.采用MATLAB语言编制了JC法程序计算恒载与办公楼活载、恒载与住宅楼面活载、恒载与风荷载等三种不同荷载组合形式下的可靠指标,在此基础上确定了总抗力分项系数.研究表明:沉管灌注桩的可靠指标较高,反映了现行规范设计的基桩有较高的安全水准,同时可靠指标随着荷载效应比的增大而减小.荷载组合形式对可靠指标的影响不大,且对抗力分项系数的影响也较小.