张弦桁架结构静力稳定性分析

考虑结构构件稳定性设计的重要性,结合钢结构设计规范的相关要求,以某体育展馆张弦桁架结构为例,对张弦桁架结构进行特征值屈曲分析,研究了张弦桁架结构的失稳形式,考虑材料非线性进行非线性屈曲分析研究结构荷载——位移全过程工作性能,分析结果可供实际工程参考。     

预应力损失对张弦桁架动力稳定性能的影响

以广州国际会展中心屋盖的整体空间张弦桁架结构为原型,分析预应力损失对张弦桁架动力稳定性能的影响.先对结构进行特征值屈曲分析和几何非线性后屈曲分析,得到结构失稳模态,并且分析了预应力损失对张弦桁架结构稳定的影响.随后考虑结构的材料非线性和几何非线性,在三向地震作用下对结构进行时程分析,分析预应力损失对张弦桁架动力稳定性能的影响.结果显示:预应力损失10%、20%后结构动力稳定的临界荷载有所下降但降幅不大;预应力损失30%后,结构动力稳定临界荷载有明显下降,且随着预应力的损失,结构的动力稳定性能越来越差;当预应力损失100%后结构动力稳定临界荷载下降了48.75%.     

某大跨度钢桁架结构的选型与屈曲分析

以某跨度110m的输送压缩空气管道工程为背景,进行了大跨度钢桁架结构的杆件截面、空间几何形状、支座形式等结构要素的选型,论述了采用四边形立体方管钢桁架结构能够较好地满足设计要求。对结构进行了线性屈曲分析和考虑初始缺陷的几何非线性屈曲分析,结果表明:本工程四边形立体管桁架结构的整体稳定性能良好,增大桁架结构的宽高比、提高支座的约束刚度以及增加横截面的抗扭转能力均能够提高结构的线性屈曲因子;钢桁架结构发生非线性屈曲时的临界荷载相对于线性屈曲有较大幅度的降低。     

空间桁架结构的非线性追踪分析理论

本文提出了空间桁架结构基于Euler坐标描述的非线性分析方法.几何非线性分析包括考虑结构发生杆端大侧移、杆端大转角下的平衡条件,导出了杆件切线刚度矩阵的显式.材料非线性包括考虑压杆弹塑性失稳前和失稳后的荷载-位移路径.运用本文模型可追踪空间桁架结构外力与位移关系的全过程.     

张弦桁架设计若干问题讨论

对张弦桁架设计过程中的若干问题进行了讨论。增加张弦桁架的矢高或垂距可减小结构跨中的挠度及弯矩,但增加矢高会加大结构支座处的水平反力,加大风荷载作用下结构表面的风载体型系数,减小预拉力作用下结构跨中的反拱值及反向弯矩,建议在设计时首先考虑使用增加垂距的方法来改善张弦桁架的受力性能。在反对称荷载作用下,张弦桁架中的拉索及撑杆无法为桁架提供有效支承,对有可能遭遇反对称荷载作用的张弦桁架应重视结构在该工况下的分析设计。张弦桁架传力路径较为单一,杆件的屈服有可能致使结构实际的失稳情形与弹性稳定分析结果不符,对该类结构进行弹塑性稳定分析是有必要的。将张弦桁架中的拉索设计成并行双索的形式将有助于提高结构的抗连续倒塌能力。     

张弦空间结构的非线性分析

运用非线性有限元基本理论研究张弦空间结构的非线性特征。针对5个张弦空间结构工程,研究结构的几何非线性、材料非线性和边界条件的状态非线性特征,揭示其基本力学特性。分析表明:张弦空间结构的刚性构件体系贡献了结构的线性刚度,结构的变形协调使拉索应力刚化进而增大结构的几何刚度;对索施加初始预拉力可以增大结构几何刚度,但不影响结构总刚度增量的变化规律;结构总刚度的非线性部分随荷载步的改变而更新,结构分析须先确定结构所处的荷载工况;结构材料进入塑性后表现为结构总切线刚度中线性部分的降低,当结构达到弹塑性极限承载力时表现为结构材料失效。基于张弦结构的自平衡特性,当张弦空间结构滑动支座滑移达到滑程时,结构的边界条件转变为相应的铰支座或弹性支座。通过屋盖结构支座附近同位置且同方向的下部支承结构体系的刚度与屋盖邻支座区域杆件体系刚度的比较,可方便准确地对屋盖单独模型进行屋盖结构在实际工作环境中边界条件的模拟。     

钢桁拱桥极值点失稳问题有限元分析

随着钢桁架拱桥的跨径不断加大,矢高增加,其施工中的稳定性问题表现得越来越突出,成为桥梁工程师关注的焦点之一。该文根据二阶静风稳定分析的基本理论,阐述了基于通用有限软件ANSYS的二阶静风稳定性的分析方法,并以一座跨径(70+240+70)m的下承式钢桁架拱桥为例,研究了该桥在施工过程中的一阶静风稳定性问题。结果表明:不考虑静风荷载时,施工前期结构整体刚度较大,屈曲模态表现为局部杆件面外屈曲,随着节段不断拼装,悬臂增大,结构整体刚度降低,整体失稳先于局部杆件屈曲;考虑静风荷载的一阶稳定性,结构的屈曲形式均表现为风撑斜杆的面外失稳破坏。     

运营阶段悬索桥钢筋混凝土加劲桁梁有限元分析方法研究

采用传统分析方法对悬索桥钢筋混凝土加劲桁架结构进行分析,结果表明在运营荷载作用下构件计算内力普遍存在偏大问题。本文考虑结构几何非线性和材料非线性的影响,提出了该类结构杆件刚度考虑混凝土材料非线性影响的模拟方法,对某悬索桥进行了有限元分析及承载能力检算分析,并将计算分析结果与荷载试验结果进行对比分析,结果表明,运营阶段结构内力计算时,几何非线性效应不明显,考虑混凝土构件开裂对杆件刚度的折减影响,使构件受力状况与实际状况更加吻合。     

张弦桁架面外支撑设置研究

设置面外支撑是提高张弦桁架面外稳定性的有效措施之一。以某实际张弦桁架工程为背景,采用线性屈曲法对该结构进行面外稳定性分析,研究了支座边界条件、弦杆局部失稳、面外支撑布置对结构稳定承载力的影响。研究结果表明,约束张弦桁架支座处截面扭转是必要的;当支撑系统刚度较大时,弦杆局部失稳将大幅降低结构稳定承载力;面外支撑布置方式的改变影响结构的失稳模式,该文的结论可为类似工程的面外支撑系统设计优化提供参考,并为后续结构的非线性稳定分析提供依据。     

某曲棍球基地看台罩篷钢结构设计与分析

某曲棍球基地看台罩篷采用悬挑管桁架结构。较系统介绍了悬挑罩篷的设计过程,重点介绍了设计中针对悬挑结构冗余度较低、罩篷曲面部分位置曲率较小及施工原因存在的非平直杆件问题所进行的考虑双重非线性的整体屈曲分析、考虑非线性屈曲的非平直桁架弦杆分析、考虑接触非线性及材料非线性的销轴节点分析,提出了桁架非平直弦杆计算中的处理方法。     

梅江会展中心张弦桁架抗连续倒塌分析

通过对天津梅江会展中心张弦桁架移除关键构件后的残余结构的承载力分析,得到张弦结构的支座、边索和边跨桁架支座处下弦杆等关键构件的破坏对结构承载力影响最大;为了模拟杆件失效前静力荷载产生的初始变形对结构连续倒塌的影响,采用考虑初始变形的全动力等效荷载瞬时卸载法模拟杆件失效。对支座、边索和边跨桁架支座处下弦杆失效进行连续倒塌动力分析,研究了纵向联系桁架对张弦结构抗连续倒塌的作用,得到平面张弦桁架通过纵向联系桁架组装成一整体,其整体性随着纵向联系构件抗弯刚度的增大而提高,共同作用效果明显。在此基础上,利用山墙的抗风柱,将边跨张弦桁架改变为多支点支承的普通桁架,设计时该抗风柱不仅承担水平风荷载,还承担竖向荷载,从而提高结构的抗连续倒塌能力。并根据该工程的特点提出集桁架支座、张拉端（锚固端）和桁架下弦管于一体的铸钢节点构造,不仅满足建筑要求,还使得该处节点承载力大大加强,可供相关工程参考。     

某悬挑空间桁架尺寸优化设计

以某体育场为例,利用ANSYS有限元软件,对悬挑空间桁架的杆件进行了截面优化,并对结构进行了线性屈曲和非线性屈曲分析,得到结构的破坏机理和失稳模态,旨在为类似设计提供参考。     

鄂尔多斯体育场转换桁架节点试验研究

为考察鄂尔多斯体育场钢屋盖转换桁架节点在设计荷载下的受力性能,对该钢桁架上、下弦的两个节点进行了缩尺试验研究。试验表明上、下弦节点在设计荷载下均未发生破坏,节点整体仍处于弹性状态,大部分区域的应力水平较低,下弦节点的最终破坏模式为受压杆件及相连节点板的局部屈曲。随后建立了考虑材料和几何非线性的有限元模型,计算结果与试验中的测点数据吻合良好。试验和有限元的分析结果均表明,鄂尔多斯体育场钢桁架上下弦节点在设计荷载下具有足够的刚度和强度,满足工程应用的要求。     

大庆站房跨层重载桁架稳定承载力研究

大庆西站平面桁架结构跨越两层楼面,结构高度大,承载大,杆件与杆件之间采用刚性连接交织成网状,缺乏有效面外支撑,结构受力非常复杂,存在失稳破坏的风险。为研究大庆西站跨层重载平面桁架的整体稳定性,基于子结构分析法和大位移控制算法对跨层平面桁架结构的非线性稳定承载力进行分析,明确该平面桁架结构的失稳模式和稳定承载力,对结构的整体安全性进行评价。研究表明:跨层桁架的失稳模式表现为半波形面外鼓曲,桁架失稳后表现出"屈曲后不稳定"特性;非线性稳定分析得到的整体稳定系数均大于2,满足规范稳定承载力的要求。     

张弦桁架的动力稳定性与振动控制研究

分析了张弦桁架在水平周期激励下的动力失稳特性,为控制张弦桁架的动力反应,研究了粘弹性阻尼器在该类结构中的应用。提出了粘弹性阻尼器参数的设计方法,给出了张弦桁架施加粘弹性阻尼器的设计曲线。编制了张弦桁架结构的非线性动力时程分析软件,可以计算预应力钢结构施加粘弹性阻尼器后的各种动力反应,提供了一种张弦桁架结构振动控制分析工具和设计方法。     

大跨度斜拉立体桁架的极限承载力及影响因素分析

本文针对常用的斜拉立体桁架两塔柱三跨结构形式,基于UL列式,采用混合有限元,分别按空间（面外自由）和平面（面外自由度约束）两种模型,进行了线性、几何非线性、材料非线性以及同时考虑两种非线性的屈曲分析和比较,得出了结构的极限承载力。研究表明,空间模型比平面模型的安全因子低。线性屈曲和只考虑几何非线性屈曲两种模型的安全因子差别较大,而考虑材料非线性和双重非线性两种模型的安全因子比较接近。几何非线性对斜拉立体桁架的极限承载力影响较小,其结构极限承载力主要由材料非线性控制。立体桁架的塑性部位出现在塔柱附近的腹杆和弦杆,以及跨中附近的弦杆以及拉索附近的弦杆。此外,探讨了塔高、桁架高度、索距以及拉索刚度对结构极限承载力的影响,其中索距对结构的极限承载力影响最大。     

交错桁架结构体系的极限承载力及其影响因素分析

本文基于非线性连续介质力学理论和内力屈服面塑性流动理论,推导出计算交错桁架结构体系极限承载力的二阶弹塑性刚度方程。在该刚度方程的构造中不仅考虑了单元截面上的轴力、剪力、弯矩、扭矩以及结构剪切变形的影响,还考虑了杆端塑性铰处内力之间的相互影响。数值计算表明本文方法具有良好的计算精度。最后,本文还在此基础上就结构高宽比、荷载偏心、柱子截面形式和平面桁架的形式等因素对交错桁架结构极限承载力的影响进行了探讨,结果表明当交错桁架结构体系达到其极限承载力时,杆件的塑性铰主要集中分布在下部楼层,设计时建议适当加大下部楼层的杆件截面,以保证结构具有足够的极限承载力。此外,在偏心荷载作用下,柱子截面形状对结构极限承载力的影响较大,其工形截面的影响要比箱形截面更为显著。     

大开孔单层椭球网壳-组合楼板混合结构设计及稳定性分析

本文以九寨沟甘海子国际会展中心展厅结构为工程背景,介绍了单层椭球网壳-组合楼板混合结构的分析设计过程。首先,采用相贯节点的计算理论,对该工程采用的鼓节点的设计进行了详细论述。此外,本文采用子空间迭代法对该混合结构进行了特征值屈曲分析;采用非线性有限元理论,结合N-R法和柱面弧长跟踪技术,对该结构进行了考虑初始缺陷的非线性全过程分析;并采用估算公式进行了校核。计算结果表明,特征值屈曲分析结果是局部失稳的极限荷载,而非线性屈曲分析结果是整体失稳的极限荷载。对于有局部刚度薄弱的结构,采用非线性屈曲分析得到的极限荷载更为合理。     

正三角形立体管桁架与单层柱面网壳杂交结构的设计与分析

将正三角形立体管桁架和单层柱面网壳结合起来形成一种新型波浪式屋盖造型的结构体系,可充分发挥两种结构形式的优点。通过分析结构设计的计算结果发现,结构对地震反应较弱,静力计算下结构各杆件的内力均大于多遇地震计算,强度及刚度主要由静力计算决定。在对其进行设计的基础上,分别采用SAP 2000、ANSYS对结构进行动力弹塑性分析、线性屈曲分析和考虑初始缺陷的非线性全过程屈曲分析;在罕遇地震作用下结构只出现少量塑性铰,呈"梁铰破坏"机制,满足延性设计要求,弹塑性位移角均满足规范要求,结构抗震性能良好;在稳定性分析中,结构表现为中部网壳的局部失稳,结构具有较高的稳定承载力。因此结构薄弱部位应在设计中予以加强。     

强震作用下大跨度拱形立体桁架结构动力失效机理研究

大跨度拱形立体桁架结构在强震下发生的失效模式有动力失稳破坏和动力强度破坏,依据已有的B-R动力失稳判定准则和评定网壳结构动力强度破坏行为的方法,研究结构在强震作用下进入塑性杆件数目及比例,以及结构最大位移变化规律.研究表明,如果超过某一荷载时,结构进入塑性的杆件比例显著增长,则该荷载即被认为是拱形立体桁架结构的动力强度破坏临界荷载.以某拱形立体桁架为背景,选取三向El-Centro波和三向天津波作为地震输入进行弹塑性时程分析,进一步验证本文的结论,通过分析可以得出该拱形桁架在强震作用下发生动力失稳破坏.