新型大跨度弦支穹顶结构的动力特性与抗震试验

弦支穹顶结构是一种新型的预应力钢结构体系,适用于大跨度空间结构的屋盖.为了保证北京奥运会羽毛球馆新型大跨度弦支穹顶结构的抗震性能.利用北京工业大学的九子台阵系统完成了对9.3 m弦支穹顶结构模型的动力特性试验和振动台试验.试验测得模型的多阶自振频率、振型,得到了模型在竖直地震动作用下的加速度、位移、杆件应变、索轴力的响应及响应变化规律.试验结果表明弦支穹顶结构振型密集,在八度大震作用下,具有良好的抗震性能.     

弦支穹顶结构施工滑移索研究

为解决模拟考虑摩擦影响的连续索在节点处滑移问题,提出了变索原长法,先不考虑结构变形协调,使索在节点处发生滑移,根据力学平衡条件及滑移区段索原长不变的原则可求得每段索滑移平衡后的索原长,把新的索原长代入后再对结构进行变形协调计算,从而完成索段的一次滑移计算.工程算例考虑弦支穹顶结构环索与节点间的静摩擦系数为0.3,动摩擦系数为0.4倍静摩擦系数,对每圈环索在4处进行对称同步张拉施工,计算分析了结构在张拉施工阶段以及结构张拉成形后在满跨和半跨荷载作用下环索的滑移,得到了各状态下索的张力分布.研究结果表明,变索原长法可用于模拟考虑摩擦影响的索滑移问题,且计算方便快捷,环索与节点间的摩擦导致结构环索张力分布不均匀.在实际工程设计和施工中,应通过改进节点构造、施工方法等措施尽量避免或降低摩擦问题对结构受力性能带来的不利影响.     

基于向量式有限元的弦支穹顶失效分析

索的破断涉及到强烈的几何非线性,传统的有限元方法很难准确模拟和跟踪其失效过程,利用基于MAT-LAB语言的自编向量式有限元程序对弦支穹顶的斜索和环索失效全过程进行了跟踪模拟分析,得到了弦支穹顶断索后位移和内力的动力响应曲线.结果表明:利用向量式有限元能够准确地进行断索全过程分析,任一环索断裂后将导致整圈索杆体系失效,环索断裂对于结构位移及内力影响较斜索断裂时更大.断索将同时导致最终平衡态支座反力的大幅增加,在预应力结构设计时应予以足够的重视.     

椭球面弦支穹顶结构的稳定性

以上部网壳为椭球面的弦支穹顶结构为对象, 用ABAQUS软件建模, 考虑初始缺陷、布索方式及预应力水平等影响因素, 进行几何非线性及同时考虑几何非线性和材料非线性的稳定性分析, 分析时采用弧长法跟踪平衡路径, 得到不同参数下结构的荷载-位移曲线.通过对比分析各参数下荷载-位移曲线及稳定极限承载力, 椭球面弦支穹顶结构的稳定性能较单层网壳有了大幅度提高, 初始缺陷的存在降低了结构的稳定承载力.此外, 不同布索方式和预应力水平对结构的稳定承载力有较大的影响, 应进行优化设计.     

弦支穹顶结构预应力设计及其抗震性能研究

本文给出了弦支穹顶结构的一种基于平衡矩阵理论和最优化理论的预应力确定方法。通过对不同预应力水平以及不同上部单层网壳截面弦支穹顶的模态分析讨论了该结构体系的动力特性。并研究了弦支穹顶在地震作用下的基本特性,对比分析了相应单层网壳和弦支穹顶的动力响应。分析结果表明：弦支穹顶结构的自振频率随着预应力水平的提高而增大;但随着上部单层网壳刚度的增大,预应力的大小对其自振频率的影响逐渐减小;弦支穹顶的下部张力集成体系（索杆体系）降低了上部单层网壳大部分单元在地震作用下的最大应力,尤其是外层单元的应力。     

联方凯威特型弦支穹顶结构稳定性分析

以联方凯威特型弦支穹顶结构为研究对象,应用ANSYS数值模拟分析结构的稳定性,并且通过改变结构的设计参数来找出影响稳定性的因素.研究发现,联方凯威特弦支穹顶结构的稳定性优于对应的单层网壳结构,活荷载的不均匀分布加速了结构的失稳.并且从结构矢跨比、支撑杆长度和预应力水平三个方面进行参数分析,结果表明,前两个因素对结构稳定性的影响明显,而预应力水平对结构的稳定性影响不明显.     

基于随机缺陷理论的大跨度预应力弦支穹顶结构非线性整体稳定分析

基于初始几何缺陷随机分布特点,提出了弦支穹顶结构整体稳定分析的初始缺陷概率法,得到初始几何缺陷最大值和分布形式的合理取值.该方法全面考虑了节点施工定位偏差、杆件初偏心与初弯曲对弦支穹顶结构非线性整体稳定性的影响,其计算稳定性比传统特征值屈曲模态法的低30%左右.通过灵敏度分析,得到缺陷大小及分布对体系整体稳定的影响规律.研究表明:初始缺陷概率法能充分揭示初始几何缺陷对弦支穹顶结构整体稳定性的影响规律,初始几何缺陷的分布和大小更符合实际,并且偏于安全,得到的整体稳定系数具有一定可靠性.该法在2008年奥运会羽毛球馆弦支穹顶结构整体稳定分析中得到有效应用,模型试验验证了该方法的正确性.     

弦支穹顶节点位移风振系数分析

弦支穹顶结构由于其本身的结构特点,风荷载常常起主要甚至决定性作用.通过时程分析的方法,得到弦支穹顶结构的节点位移风振系数,为弦支穹顶结构实用抗风设计提供参考.     

火灾下预应力损失对新型弦支穹顶结构稳定性影响分析

为了研究奥运会羽毛球馆在火灾情况下的性能,作者基于大空间空气升温理论对温度场进行了模拟,通过预应力损失反映温度变化对索力大小的影响,并对弦支穹顶结构进行了双重非线性影响的稳定承载力分析研究.计算结果表明,结构在90min火灾后除最外圈环索以外,其余环索的预应力损失比较明显,整体稳定承载力下降约1/5,但仍具有一定的安全储备;材料高温蠕变性对结构稳定承载力的影响很小,在结构抗火分析时可以忽略.     

2008奥运会羽毛球馆新型预应力弦支穹顶结构施工监控

2008奥运会羽毛球馆屋盖新型弦支穹顶结构跨度93m.钢材用量60 kg/m².利用振弦应变计和全站仪对屋盖弦支穹顶结构的张拉施工进行了索力、网壳构件内力、网壳节点位移的全过程施工监控,并与ANSYS有限元分析的施工模拟值进行了对比.施工监控数据表明索力、构件内力、结构位移与仿真分析偏差在合理的范围之内,以索力为主控参数,节点竖向位移为第2控制参数,并综合考虑构件内力,认为结构施工张拉已经达到设计要求.     

材料损伤累积在网壳强震失效研究中的应用

为在网壳结构强震分析中考虑材料损伤累积及裂纹效应的影响,编制了通用有限元软件ABAQUS的用户材料子程序,通过标准子程序验证表明具有较高的计算精度.应用该程序对网壳结构在地震下的典型算例进行了对比分析,表明子程序具有较好的收敛性能,实现了考虑钢材损伤累积的有限元分析方法.应用该程序,并结合基于响应的动力全过程分析方法,对网壳结构在强震下的响应进行了参数研究,考察了结构失效时刻的特征响应.通过是否考虑材料损伤累积的对比表明,考虑这个因素对失效时刻的塑性发展影响不大,但可能明显降低结构的失效极限荷载,需要在分析中予以重视.     

Damage and failure rule of rock undergoing uniaxial compressive load and dynamic load

1INTRODUCTION Naturalrockinlithosphereiscommonlyinthetri dimensionalstressstate,butthatofthewallrockaroundundergroundstructuresisoftentrans formedtouni dimensionalstatewhenundergroundstructureprojectsareputinpracticeororeisminedout.Butwhenthestressstateofrocktrans formsfromhighdimension stolowdimension s,ifcertainconditionsaresatisfied,rockburstwillpos siblyoccur[1].Inordertoinvestigatetherockburstoccurrencemechanism,theuniaxialloadingtestisoftencarriedouttosimulateapproximatelytherockburs…     

Damage mechanism of single-layer reticulated domes under severe earthquakes

To study the damage mechanism of single-layer reticulated domes subject to severe earthquakes, three limit states of single-layer reticulated domes under earthquakes are defined firstly in this paper. Then, two failure modes are presented by analyzing damage behaviors, and their characteristics are pointed out respectively. Furthermore, the damage process is analyzed and the causes of structural damage in different levels are studied. Finally, by comparing deformation and vibration status of domes with different failure modes, the principles of different failures are revealed and an integrated frame of damage mechanism is set up.     

基于损伤的PHC桩单轴受拉动态本构模型研究

通过引入应变率强化因子、损伤弱化因子和预应力强化因子,并分析它们对预应力混凝土强度的影响,建立了一个单轴受拉动态本构模型用于描述PHC桩在冲击载荷作用下的冲击特性.对比了试验结果与该模型的数值模拟结果,结果表明:模型预示结果在变形趋势上符合很好,在数值精度上与试验结果符合良好.本成果可为振动沉桩过程中控制振动锤参数提供依据,能有效防止因拉应力过大而导致PHC桩被拉断的事故.     

三维动静加载下煤的本构模型及卸荷破坏特征

为研究非静水压条件下煤体动力学性能及动力扰动后卸荷破坏特征,在三维动静加载实验的基础上,研究了卸荷方式对动力扰动后卸荷煤样宏观破坏特性的影响。首先,采用Ф50 mm的分离式霍普金森压杆系统,开展三维动静加载下煤样的动力学实验,研究轴压、应变率对煤样动力学响应规律的影响;其次,基于响应曲面理论,借助中心复合试验法,构建考虑因素交互作用的回归模型,并分析单因素及因素交互作用的显著性;然后,结合因素交互作用、Weibull分布、Drucker-Prager准则,修正煤的强度型统计损伤本构模型,对比理论与实验结果,验证模型可靠性;最后,借助加卸荷电液伺服装置,探究轴压、冲击气压、卸荷方式对煤样破坏特征的影响及作用机制。结果表明,构建的强度型统计损伤模型,相关系数R²≥0.88,可表征煤样动力学响应行为。冲击后同步卸荷的煤样多呈层裂破坏,拉伸界面随轴压增大而后移直至消失,无法形成层裂破坏;非同步卸荷下煤样破坏形式主要包括整体完整、层裂、压剪破坏,而当冲击气压0.4～0.6 MPa,轴压14.5 MPa时,表现为“层裂+压剪”混合破坏。     

单层球面网壳在强震作用下的损伤模型

为获得单层球面网壳强震损伤模型,采用ABAQUS软件并自主开发了考虑损伤累积影响的材料子程序,对跨度40m单层球面网壳在强震作用下的全过程动力响应进行了参数研究.统计结构的多项宏、微观响应,建立了理想单层球壳在强震作用下的损伤模型;同时,对考虑初始缺陷的单层球面网壳也进行了分析,比较了是否考虑初始缺陷对结构抗震性能及失效机理的影响,在此基础上建立了考虑初始缺陷单层球面网壳的损伤模型,提出了强震下结构的强度破坏判别准则.     

大跨度单层球面网壳的损伤模型及强震失效

为对大跨度单层球面网壳在强震下的失效进行系统的分析,采用考虑材料损伤累积影响的全过程分析方法.考察了大跨度单层球面网壳在强震下失效时刻的多项响应指标随矢跨比、跨度、屋面质量等参数变化的规律,分析了失效极限荷载受这些参数变化的影响,同时讨论了考虑初始几何缺陷对结构失效特征的影响.通过分析发现,单层球面网壳在强震下基本属于动力强度破坏范畴,基于这些强度破坏算例失效时刻的特征响应,分别建立了理想网壳和缺陷网壳的强震损伤模型,可以表征结构在动力荷载下的损伤程度并判定强度破坏极限荷载.     

混凝土动力损伤本构关系的基研理论及应用

概括了建立混凝土动力损伤本构模型的基础理论,简述了应用这些基本理论在建立混凝土动损伤本构方面的应用,对相关研究的特点和不足做了分析,为进一步建立科学合理实用的混凝土动损伤本构提供较全面的理论总结和前瞻性启发,对相关理论的发展趋势做了展望,为这方面的工作提供指导.     

Damage evolution and dynamic response of cement asphalt mortar layer of slab track under vehicle dynamic load

The damage evolution and dynamic performance of a cement asphalt (CA) mortar layer of slab track subjected to vehicle dynamic load is investigated in this paper. Initially, a statistical damage constitutive model for the CA mortar layer is developed using continuous damage mechanics and probability theory. In this model, the strength of the CA mortar elements is treated as a random variable, which follows the Weibull distribution. The inclusion of strain rate dependence affords considering its influence on the damage development and the transition between viscosity and elasticity. Comparisons with experimental data support the reliability of the model. A three-dimensional finite element (FE) model of a slab track is then created with the commercial software ABAQUS, where the devised model for the CA mortar is implemented as a user-defined material subroutine. Finally, a vertical vehicle model is coupled with the FE model of the slab track, through the wheel-rail contact forces, based on the nonlinear Hertzian contact theory. The evolution of the damage and of the dynamic performance of the CA mortar layer with various initial damage is investigated under the train and track interaction. The analysis indicates that the proposed model is capable of predicting the damage evolution of the CA mortar layer exposed to vehicle dynamic load. The dynamic compressive strain, the strain rate, and the induced damage increase significantly with an increase in the initial damage, whereas the dynamic compressive stress exhibits a sharp decrease with the increasing initial damage. Also, it is found that the strain rate dependence significantly influences the damage evolution and the dynamic behavior of the CA mortar layer.     

混凝土损伤研究综述

系统地综述了混凝土损伤研究的概况 ,并有待进一步研究的问题进行了讨论,内容包括：混凝土材料的损伤机理;混凝土的静、动力损伤研究;徐变损伤;混凝土及结构的高、低周疲劳累积损伤;混凝土概率累积损伤等。