应用CFRP索弦支穹顶结构静力特性分析

为研究新型材料CFRP在弦支穹顶结构中的应用,以2008奥运会羽毛球馆为背景,建立长4 m,高2.6 m的穹顶模型。模型分别采用钢索和CFRP索作为预应力索,通过有限元分析软件ANSYS对模型进行静力分析计算,得到应用CFRP索的弦支穹顶结构内力及位移随加载历程的变化规律。研究结果表明:由CFRP索构成的弦支穹顶结构同样具备传统钢索结构的优点,甚至在影响杆件应力和节点位移方面更优。将为CFRP索代替钢索的弦支穹顶结构的研究奠定基础。     

温度应力作用下弦支穹顶结构稳定分析

稳定性是衡量弦支穹顶结构使用性能的重要指标,而关于温度效应对弦支穹顶稳定性能的影响尚未充分展开。文中分别考虑在均匀和非均匀温度场下的情况,分析弦支穹顶结构的稳定性能。结果表明：常温下温度变化对弦支穹顶结构的稳定性能影响不大。     

温度变化下弦支穹顶结构整体稳定性分析

以2008奥运羽毛球馆实际工程为背景,从温度分布的基本概念出发,考虑了温度改变引起的预应力索力变化情况,通过ANSYS有限元分析中的结构屈曲分析,进行弦支穹顶结构在温度改变下的整体稳定性研究分析。结果显示：弦支穹顶结构的稳定性受常温变化的影响较小;随着温度升高,稳定系数不断增大。这一结论表明：弦支穹顶结构张拉施工适合在夏季完成,对实际工程有一定的参考价值。     

地震作用下弦支穹顶结构动力稳定性参数分析

弦支穹顶结构是一种新型结构体系,它综合了单层网壳结构和索穹顶结构各自的优点.为全面认识弦支穹顶结构在地震作用下的动力稳定性问题,本文以具有实际工程意义的50m跨度凯威特型弦支穹顶结构作为研究对象,系统分析了多种因素对弦支穹顶结构动力稳定性临界荷载的影响,其中包括:不同支座条件、不同矢跨比和不同杆件截面、不同拉索布置层数、不同拉索预应力值以及不同地震输入.本文成果为弦支穹顶结构的工程应用提供有价值的参考.     

三维弦支穹顶结构体育馆静力、动力性能分析

以建筑结构抗震为主要思路,以天津市某大型三维弦支穹顶体育场结构为研究对象,采用有限元理论,研究三维网壳结构-弦支穹顶结构进行静力与动力分析。研究结果表明,温度荷载作用对弦支穹顶结构的静力影响比较显著;结构低阶振型以水平振动为主,高阶以穹顶竖向振动为主;在一维地震作用下节点加速度都相对较小,表明结构刚度较大,结构整体稳定性较好;在不同地震动输入下,靠近顶部弦杆控制点位移最大,顶部弦杆控制点位移变化最小。     

预应力施工随机误差对弦支穹顶结构静力性能的影响分析

以山东茌平体育馆弦支穹顶结构工程为背景,基于概率统计原理,研究弦支穹顶结构的各项力学性能对预应力施工过程中随机误差的敏感性.分析结果表明:弦支穹顶的变形对最外圈环索内力的误差最为敏感,跨中挠度有可能最大增大33.3%,且超过设计值5%的概率达到32.28%;在受力方面,各圈环索内力的变异将对其所在区域的网壳杆件和索撑体系的内力产生较大影响,但影响程度小于其对结构变形的影响.考虑到弦支穹顶结构最外圈环索在结构中的重要作用以及对结构的影响程度,建议预应力施工过程中严格控制最外圈环索内力的施工精度,同时施工过程中应注意结构的变形.     

莲花穹顶的温度效应分析

济南奥体中心莲花体育馆弦支穹顶结构为目前世界上跨度最大的肋环型布索形式的球面弦支体系.弦支穹顶结构为一新型的大跨度空间结构体系,该体系在正常使用过程和施工张拉过程中的温度作用影响不容忽视.本文采用单独钢结构模型和整体结构模型两种计算分析模型对温度作用的影响做了初步分析.钢筋混凝土构件和钢结构构件(包括索)由于材料导热系数、热膨胀系数、截面尺寸及构件体积等的差别其中面的温度时程变化并不是同步同幅的,本文参考大体积混凝土的温度梯度变化模式、济南当地的气象统计资料及本工程结构健康检测的实测数据对莲花穹顶的温度效应做了对比分析并给出了初步结论和建议.     

弦支穹顶结构研究进展与工程实践

弦支穹顶结构是基于张拉整体概念并综合了单层网壳和索穹顶结构的优点后发展起来的一种预应力大跨度网格结构体系。本文在分析弦支穹顶提出的背景和力学原理的基础上,论述了国内外对弦支穹顶结构形态分析、优化设计、静动力性能、施工控制理论及其试验研究等方面的研究进展,总结了弦支穹顶相关的研究内容和研究结论。结合国内外近20项实际工程的应用,对弦支穹顶的跨度、上部网壳结构形式、下部张拉整体部分的布置、预应力施加方式、撑杆上节点和撑杆下节点等结构特性进行了分析总结,针对目前常用的预应力设计方法、节点构造、预应力张拉方案,提出了供工程应用参考的建议。指出了温度效应研究、考虑索撑节点滑移摩擦的动力反应分析、索力的测试及其补偿技术、超大跨度弦支穹顶设计理论等5项亟待解决的弦支穹顶关键课题。     

布索方式对弦支穹顶结构稳定性能的影响研究

弦支穹顶结构由上部单层网壳和下部索杆系统组成。为了解下部索杆系统的布置形式对弦支穹顶结构整体稳定性能的影响,确保结构在设计过程中合理布置下部索杆系统,以单层网壳以及9种不同索杆布置形式的弦支穹顶,共10种跨度均为122m的结构为研究对象,进行全跨荷载与半跨荷载下考虑初始几何缺陷与无初始几何缺陷的整体稳定性计算,提取结构失稳模态与结构稳定性系数,分析不同布索形式对结构稳定性的影响,并将计算结果与单层网壳结构的计算结果进行对比。分析结果表明:结构对初始几何缺陷较为敏感,结构的稳定性与下部索杆中撑杆的布置数量与位置有较大的关系,而与斜索的具体布置形式关系不大,且半跨荷载对结构更为不利。     

2008奥运会羽毛球馆预应力损失对结构体系影响分析

2008奥运会羽毛球馆弦支穹顶结构采用张拉环索的方式进行预应力施工。由于加工制作安装技术难度大,环索与撑杆相连的下节点之间的实际预应力损失比设计取值偏大,引起环索各段索力不均。本文通过在环索节点和撑杆下节点间耦合自由度并增加变刚度弹簧单元来模拟预应力张拉时环索带摩擦滑移,利用此方法可以在有限元模型中模拟施工监测得到的各段环索预应力损失;在此基础上进一步分析了预应力损失对弦支穹顶结构的内力、变形以及整体稳定的影响。研究表明:预应力损失造成径向拉杆内力发生大幅度变化;造成钢网壳内力分布不均匀;对结构的整体变形影响不大,只是使同圈的结构变形不均匀;使结构的整体稳定性能下降20%左右。     

弦支穹顶结构的稳定性分析

用非线性有限元法编制了稳定分析程序 ,进行了算例分析、验证。以跨度 3 5 4m、矢高 4 6m的弦支穹顶为例 ,用自编的程序和ANSYS进行了弦支穹顶的特征值屈曲、非线性屈曲分析 ,初始缺陷的影响分析和半跨荷载作用下的结构稳定性分析。同时 ,还讨论了撑杆长度对弦支穹顶结构稳定性的影响     

2008奥运会羽毛球馆弦支穹顶结构整体稳定性能分析研究

2008奥运会羽毛球馆屋面钢结构采用弦支穹顶结构体系。该体系为半柔性结构,结构的整体稳定性能是该类结构体系设计选型的控制因素。弦支穹顶结构具有屈曲特征值非常密集且为局部失稳屈曲模态的特点。本文重点对计算方法、材料弹塑性、节点构造以及预应力损失等因素对弦支穹顶结构整体稳定承载力计算的影响进行分析研究,研究表明荷载子步数、材料非线性以及索撑节点构造对奥运会羽毛球馆弦支穹顶结构整体稳定均有较大的影响。对基于结构整体稳定安全的大跨度钢结构性能化设计进行了初步探讨,提出了整体结构体系屈曲稳定承载力系数的建议取值。     

施工误差对弦支穹顶结构性能的影响分析

文章基于概率统计理论,采用蒙特卡洛法,开展了弦支穹顶结构性能对施工中上部节点安装误差和下部环索预应力损失敏感性分析。对于上部网壳节点定位偏差,弦支穹顶整体结构对上部结构节点定位偏差最敏感位置为第一圈节点Z向定位,结构极限承载力最大下降率为36.67%。对环索预应力偏差在5%范围内、10%范围内及15%范围内的敏感性分析,研究表明弦支穹顶整体结构受力性能对最外圈环索预应力损失最敏感,构极限承载力最大下降率为6.6%。     

局部火灾下弦支穹顶结构破坏模式参数分析

以凯威特-联方型弦支穹顶结构为研究对象,采用ANSYS软件,建立弦支穹顶结构高温热力耦合数值分析模型,考察多参数影响下的弦支穹顶结构受火破坏模式。研究结果表明:随着结构温度分布逐渐均匀,在荷载比0.2~0.6范围,出现外圈环索破坏;在荷载比0.7~0.8取值范围,破坏模式由外圈环索破坏转变为上层网壳外圈环杆破坏。随着火源位置向结构边缘方向移动,外圈环索单元破坏的同时,出现了外圈环杆单元的破坏,且温度分布非均匀性变化对结构破坏模式的影响逐渐减弱。在较低荷载比及温度分布不均匀的情况下,随着火源位置的外移,逐渐出现外圈环索破坏,而矢跨比和预应力水平对结构的破坏模式影响较小,温度分布趋于均匀时,当矢跨比或者预应力较大时,结构均是外圈环杆或环索破坏,随着这两个参数的减小,发展为外圈环杆和环索同时破坏。结构温度分布非均匀性、荷载比和火源位置是影响弦支穹顶结构破坏模式的关键参数。     

土-结构相互作用下弦支穹顶结构动力性能分析

目前对弦支穹顶结构抗震计算一般基于刚性地基假定,但由于基础周围土体并非刚性,在地震作用下会产生变形。为研究弦支穹顶结构在地震作用下考虑土结构相互作用动力响应,建立跨度为92 m的弦支穹顶结构土-结构相互作用有限元模型。基于修正S-R(Sway-Rocking)方法的土体简化模型,分析土-结构相互作用下弦支穹顶结构的自振特性及地震响应特征。研究表明:考虑土-结构相互作用后,弦支穹顶结构的自振频率明显减小;在地震作用下,弦支穹顶上部网壳结构的杆件最大压应力和节点最大位移明显增大,而撑杆最大压应力和斜拉杆及环索的最大拉应力均有所减小。     

弦支穹顶的静力性能分析

介绍了弦支穹顶结构体系的构成．对弦支穹顶模型进行了线性和非线性有限元静力分析，得出了有益的结论：研究了节点刚度、改变弦支穹顶的矢高及环索预拉力对结构性能的影响。研究表明弦支穹顶综合了单层球面网壳和张拉系统的优点，能更有效、更经济地跨越较大的跨度。     

某体育馆屋盖弦支穹顶的设计

弦支穹顶是由上部单层网壳和下部预应力索杆体系组成的空间结构.结合某体育馆屋盖的设计,对采用的弦支穹顶结构进行了静力分析、特征值屈曲分析、非线性屈曲分析.讨论了弦支穹顶设计的基本过程,并对索所需的预应力大小进行了分析设计.计算结果表明,弦支穹顶结构具有良好的受力性能和经济性能,满足建筑造型的要求.其设计主要由稳定性控制,同时,体育场馆的工艺,如设备分布等,对其稳定性也有一定的影响,设计时不能忽略.＃     

弦支穹顶体系及其静力性能

弦支穹顶结构形式综合了索穹顶和网壳结构的优点,是一种新型空间杂交结构体系：介绍了弦支穹顶结构体系的构成和工作原理,研究了改变弦支穹顶的矢高及环索预拉力对结构性能的影响。研究表明弦支穹顶应综合考虑欠高、预应力的施加等因素的相互影响,该结构的设计可以相应的采取一些优化设计方法。     

半刚性节点弦支穹顶水平地震响应分析

弦支穹顶结构是基于整体张拉思想和单层球面网壳技术的一种新型杂交空间结构体系。文中采用有限元软件ANSYS对螺栓球半刚性节点弦支穹顶结构进行了动力分析,比较了半刚性节点结构和刚性节点结构动力特性的差别,并且采用时程分析法对半刚性节点弦支穹顶结构在常遇水平地震作用下的地震响应进行了分析。分析结果表明:弦支穹顶结构频率密集,半刚性节点弦支穹顶结构频率小于刚性节点结构,节点弯曲刚度对高阶振型的影响显著;半刚性节点弦支穹顶结构杆件动内力及地震系数普遍大于刚性结构;杆件地震系数在7度常遇地震输入下基本小于10%。     

某体育馆张弦钢结构屋盖设计的若干问题分析

某体育馆根据各区域的功能不同分别采用弦支穹顶和张弦梁结构。对弦支穹顶和张弦梁结构分别进行结构选型和结构布置分析,两部分独立进行受力性能分析。通过对弦支穹顶和张弦梁的受力性能分析,并与设计的初始状态比较,说明该结构方案受力合理。同时分析了温度作用对构件应力、结构变形和支座推力的影响,并采用相应的措施减小温度作用对结构的影响。