超大跨度张弦结构多索索夹偏心节点设计及有限元分析

对于超大跨度张弦结构,其撑杆下端的索夹节点是影响张弦结构成型的关键因素。由于外圈环向索的受力较大,超大直径拉索的捻制成型工艺尚未成熟,外圈环向索需采取并排多索的形式才能满足其受力要求,索夹节点相连构件数量多且受力大。基于贵阳奥林匹克体育中心(二期)主体育馆项目大跨度弦支穹顶结构,分析多索索夹节点的设计重难点,通过综合对比多种索槽布置方式,提出适用于超大跨度张弦结构的多索索夹偏心节点,并对该偏心节点进行整体受力和节点有限元分析。结果表明,多索索夹偏心节点对结构索力分布影响较小;该偏心节点设计符合计算假定,具有较高的承载力和抗滑移能力,有效解决了多索索夹节点连接、索夹安装及拉索更换等问题。     

弦支穹顶结构施工过程数值模拟及施工监测

为解决弦支穹顶结构施工控制技术中撑杆下节点处的预应力滑移摩擦损失问题,考虑到滚动摩擦力远小于滑移摩擦力,提出一种含滚轴的滚动式撑杆下节点,并将其应用于某体育馆弦支穹顶结构。为验证滚动式撑杆下节点在降低预应力滑移摩擦损失方面的工作性能以及张拉施工过程中结构的安全性,采用ANSYS中的APDL语言编制了预应力施工数值模拟程序,对预应力张拉施工过程中索力、杆件内力和结构变形进行了全过程分析,同时对体育馆弦支穹顶结构预应力张拉过程进行了施工监测。结果表明：滚动式撑杆下节点的预应力摩擦损失在5%左右,是传统撑杆下节点预应力摩擦损失的50%;预应力张拉过程中,杆件轴向应力低于50 MPa,施工方案安全可行;施工监测数据验证了施工摩擦滑移数值模拟程序的可行性。     

平面预应力弦支穹顶组合网壳结构施工关键技术

弦支拉索与水平拉索组合同上弦主拱钢桁架连接,形成一种新型的组合网壳结构体系。主要介绍了此类新型结构体系在广饶国际博览中心中的应用,分析了其工程难点与解决措施、网壳结构及拉索的总体施工方案、拉索施工监测方案等。重点介绍了撑杆与弦支拉索、撑杆与上弦主拱桁架、网壳支座处的连接节点设计。经监测,施工过程中,结构最大变形和钢结构等效应力均满足施工工艺要求。     

徐州市奥体体育场索夹受力试验研究

为验证徐州奥体中心体育场预应力拉索铸钢节点的抗滑移能力,考虑到力学关系的复杂性,采用足尺寸模型试验分析.设计中,将索夹节点的不平衡力简化为索节点两端切线方向拉力差值,并对径索及环、径索节点抗滑移力进行了预估.将试验测得的抗摩擦系数和抗滑移力与预估值进行对比,分析铸钢节点对拉索的约束程度.     

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。     

某项目张弦梁结构屋面参数化设计

某项目钢结构屋面采用张弦梁结构体系，张弦梁的撑杆在平面外和平面内均呈V字形，下弦节点在施工时采用可滑动的节点以保证施工时初拉力的顺利传递。结构的计算分析过程在Grasshopper参数化平台上展开；找形分析通过动力学模拟插件Kangaroo利用逆吊找形法实现，保证了参数化建模和结构计算分析的连续性；下弦拉索找力分析依靠Grasshopper的参数化功能通过手动调整法和模拟退火算法完成，模拟退火算法操作简单且计算速度快；对V形支撑张弦梁下弦拉索进行了不平衡索力下的拉索滑移模拟，采用优化的冷冻-升温法，通过编程完成索力的提取、虚拟初应变的计算和施加以及结构的有限元分析等反复迭代过程，完成了下弦拉索节点两端索力平衡的目标，也证明了本方法的可行性和高效性。     

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。     

大跨空间弦支轮辐式桁架结构旋转累积滑移施工技术与分析

某体育馆由格构柱及张弦桁架结构共同组成的圆形全钢结构建筑,其屋面为弦支空间结构体系,由空间倒三角管桁架结构、拉索结构和顶部单层网壳结构组成,该结构现场安装采用累积滑移施工技术。分析了滑移过程中主体钢结构、滑移轨道、支撑胎架的受力及稳定性;施工过程中实时监测关键节点位移及杆件内力,确保施工安全。研究表明：大跨度空间弦支轮辐式桁架结构的刚度随着施工过程结构形体的完成逐步增加,旋转累积滑移施工技术可提高钢结构施工稳定性,加快工期,减少施工误差,具有良好的推广价值。     

Galfan拉索在空间结构中的应用及其节点设计

95%Zn-5%Al-混合稀土合金(Galfan)镀层是钢材防腐的一种新型镀层。阐述Galfan镀层的特点、Galfan拉索构成形式和大直径116Galfan拉索静载试验。将Galfan拉索和PE拉索进行性能比较,得出Galfan拉索具有良好的防腐性能、防火性能和延展性,同时其抗滑移性能和抗扭转稳定性等力学性能也能满足设计要求。通过介绍Galfan拉索在国内工程中的应用以及节点设计,阐明Galfan拉索在节点设计时具有简单和美观等特点,为设计师选择索材提供参考。     

张弦结构工程实践与关键节点及构件研究进展

简要回顾了张弦结构的提出和发展过程以及在我国张弦结构研究的开端。总结了近二十年来我国代表性张弦结构体系的最新工程应用。对张弦结构撑杆上节点、撑杆下节点和焊接球节点的研究现状和存在问题进行了总结,对拉索构件的抗弯性能、应力松弛和高温后力学能问题的研究进展和存在问题进行了论述。最后通过概述张弦结构的整体发展情况,对其发展前景和研究方向给出建议。     

Finite element modeling of cable sliding and its effect on dynamic response of cable-supported truss

The cable system of cable-supported structures usually bears high tension forces, and clip joints may fail to resist cable sliding in cases of earthquake excitations or sudden cable breaks. A analytical method that considers the dynamic cable sliding effect is proposed in this paper. Cable sliding behaviors and the resultant dynamic responses are solved by combining the vector form intrinsic finite element framework with cable force redistribution calculations that consider joint frictions. The cable sliding effect and the frictional tension loss are solved with the original length method that uses cable length and the original length relations. Then, the balanced tension distributions are calculated after frictional sliding. The proposed analytical method is achieved within MATLAB and applied to simulate the dynamic response of a cable-supported plane truss under seismic excitation and sudden cable break. During seismic excitations, the cable sliding behavior in the cable-supported truss have an averaging effect on the oscillation magnitudes, but it also magnifies the internal force response in the upper truss structure. The slidable cable joints can greatly reduce the ability of a cable system to resist sudden cable breaks, while strong friction resistances at the cable-strut joints can help retain internal forces.     

2008奥运会羽毛球馆新型预应力弦支穹顶结构全寿命健康监控研究

对羽毛球馆屋盖结构全寿命健康监测系统进行了设计,利用振弦应变计对索力、构件内力进行了实时监测,利用全站仪对结构关键点的位移及其沉降进行了定期监测,形成了一套完整的实时动态全寿命健康监测系统。对施工阶段进行了包括索力、网壳构件内力、网壳节点位移的全过程监控,监测数据表明索力、构件内力、结构位移与仿真分析的偏差都在一个较合理的范围之内,以索力为主控参数,节点竖向位移为第二控制参数,并综合考虑构件内力,认为其施工张拉已经达到设计要求。自索张拉施工完成至结构竣工的健康监测数据显示,索力、构件内力都增大不多,说明结构刚度比设计值大,荷载小于设计荷载,证明结构是安全的,同时也验证了系统的有效性。     

高强钢绞线网-聚合物砂浆复合面层抗震加固梁柱节点的试验研究

高强钢绞线网-聚合砂浆复合面层加固法是一种新型加固工艺,具有耐火、耐腐蚀、耐老化的优点。通过2个采用钢绞线网-聚合物砂浆加固的钢筋混凝土框架节点(其中1个节点震损后再加固)和1个对比节点的低周反复荷载试验,比较了不同加固方式的加固效果,分析了相应的加固机理。研究结果表明,采用该技术加固节点能有效提高节点的抗剪承载力和耗能能力。     

高强钢绞线网-聚合物砂浆复合面层加固震损梁柱节点的试验研究

高强钢绞线网-聚合砂浆加固法是一种新型加固工艺,它具有耐火、耐腐蚀、耐老化的优点。通过2个采用钢绞线网-聚合物砂浆复合面层加固被震损的钢筋混凝土框架节点和1个对比节点的抗震性能试验,比较了不同加固方法的加固效果,分析了相应的加固机理。研究结果表明:在节点核心区和梁、柱端布置钢绞线网的做法,能有效提高节点的抗剪承载力和耗能能力。并且,在试验基础上提出了震损后采用钢绞线网-聚合物砂浆复合面层加固钢筋混凝土框架节点抗剪承载力的计算方法,计算结果与试验结果符合良好。     

武汉天河国际机场T3航站楼钢屋盖结构设计

武汉天河国际机场T3航站楼属于特大型枢纽航空港,屋面为自由双曲面,总投影面积约23.7万m^2,檐口悬挑最大39m,采用两向正交正放空间网格钢结构体系,屋面外围护系统采用直立锁边金属屋面系统,外墙围护系统为玻璃索网幕墙。介绍了T3航站楼屋盖结构分区、结构体系、结构计算设计、节点分析及试验研究等。针对本工程复杂的屋盖曲面建模,自主开发了建模软件,大幅提高了结构建模精度及效率;为了解决普通相贯节点强度不足的问题,采用了自主创新的带暗节点板的相贯节点和铸钢节点,并进行有限元分析和节点试验验证其安全性;创新设计的檩条连接节点,有效地减小了温度作用对钢屋盖的影响及屋面施工标高误差;钢结构健康监测系统的合理设计,确保了钢结构的施工质量和其在投入使用中的安全性及耐久性。     

确保后浇带施工质量的注意事项

在建筑结构中由于基础的不均匀沉降、混凝土材料本身的收缩及受温差变化等原因产生的裂缝需要设置伸缩缝,但在使用功能要求或结构上又不便于设置,需要适当增大伸缩缝间距,而采取留设混凝土后浇带解决该问题。本文通过例举后浇带的施工问题和注意事项,认识后浇带的设计意图,确保后浇带的施工质量和主体结构安全。     

宝安体育场结构设计关键问题研究

贯穿深圳宝安体育场整个结构设计流程,对各阶段遇到的主要问题进行研究。初步设计阶段,从建筑外观、体育场功能、结构特性和施工难易程度等角度比选3种方案。方案验证阶段,结合理论分析与宝安体育场1∶10模型试验,研究结构的静力性能和动力特性。深化设计阶段,通过介绍若干典型节点的细部构造,推广总结索膜节点的设计原则。研究结果表明：对宝安体育场而言,内外环均呈圆形且索膜形状一致的结构体型最优;A形柱可为整体结构提供有效侧向刚度,且沿索桁架方向对外环约束很小,是理想的外环支承;索桁架对外环施加集中力的同时对其提供侧向支承,因此外环一阶屈曲模态表现为以索桁架为侧向支点的失稳。     

钢筋套筒挤压连接装配整体式梁柱中节点抗震性能试验研究

为研究钢筋套筒挤压连接的装配整体式叠合梁-预制柱中节点的抗震性能,进行了2个装配整体式中节点和1个现浇中节点试件的拟静力试验,观察其破坏现象,研究其滞回性能、承载力、变形能力及钢筋应变发展过程。结果表明：所设计的核心区剪切破坏和梁端弯曲破坏节点均实现了预期的破坏形态;核心区剪切破坏的装配整体式梁柱节点与现浇对比节点的破坏过程、裂缝分布基本一致,滞回曲线、承载力、刚度、变形、耗能等性能指标基本相同;核心区剪切破坏、梁端弯曲破坏的装配整体式梁柱中节点的承载力试验值与相应的规范公式计算值的比值分别为1.62、1.31,等效极限层间位移角分别为1/26和1/27;试验结束后,凿开混凝土发现套筒没有出现裂纹,钢筋在套筒内未见滑移,套筒挤压接头可有效传递钢筋拉、压力。     

钢结构体系中节点耗能能力研究进展与关键技术

钢结构节点的耗能能力是节点性能的一种表现,对结构整体的抗震性能有着重要影响。综述了钢结构连接节点耗能机制的研究现状,以及对高强度螺栓连接的端板式柱梁节点进行了试验研究。结果表明：节点耗能能力可由不同部件提供;不同部件耗能能力的发挥和发挥程度,与相关的变形模式以及不同破坏模式的出现顺序直接相关。指出了在一些承重功能与耗能功能集于同一构件的结构体系中,充分利用节点耗能能力有助于提高结构整体的抗震性能。提出必须对不同类型的结构深入研究其节点的耗能机制、节点耗能与构件耗能的关系,以及相关的设计原则和构造措施。图4表1参51