单层折面空间网格结构性能研究及设计

结合深圳世界大学生运动会体育中心主体育场结构设计的关键问题,剖析单层折面空间网格结构的受力机理,对其刚度与变形控制、动力特性设计、极限状态下受力破坏机理、稳定承载力及强度设计等问题进行了探讨与研究。研究表明:提高径向拟桁架体系的抗弯刚度,如增大立面拟桁架柱中构件的截面积,以及增大屋面折面或立面折面的高跨比是提高结构整体刚度的有效方式;设置肩谷环向构件能够显著减小结构的自振周期,从而减弱风振效应;应重视受力较大的拉弯主构件设计,其与节点的连接部位在施工时应重点控制焊接质量。合理设计下,单层空间折面网格结构具有良好的刚度、稳定承载力性能及变形能力,同时具有足够的安全储备,在关键部件失效的情况下不会发生连续倒塌。     

基于目标索力的“位移-荷载双控”张拉算法研究及应用

针对深圳世界大学生运动会体育中心体育场单层折面空间网格钢屋盖结构的整体模型承载力试验,进行了加载控制方案的研究。对于试验中手拉葫芦分级分组张拉加载过程模拟分析、张拉误差现场控制等关键问题,提出了"位移-荷载双控"的张拉算法,为试验加载的实施奠定了理论基础。研究表明,一体化有限元模型和上述张拉算法结合能够很好地对张拉过程进行模拟分析。相比通常的迭代算法,本文提出的"位移-荷载双控"的补偿张拉算法具有较高的求解效率和精度,可以有效地解决类似工程实践中的张拉问题。     

沈阳文化艺术中心单层折板空间网格结构整体模型试验研究

沈阳文化艺术中心主体结构采用不规则单层折板空间网格结构,此结构面内、面外刚度受结构折板构型影响较大,内力分布与整体稳定性对折板构型的变化敏感。因此,对该结构进行了整体模型试验,以考察结构设计的安全性。针对试验模型构型复杂、加载难度大等特点,设计了基于“并联弹簧拉索按刚度分配荷载”的顶面网格加载系统和基于“使用定滑轮实现荷载转向”的侧面网格加载系统,完成对模型竖向恒载、活载与水平风载工况的有效模拟。试验结果表明,在设计荷载范围内,随着荷载的增大,结构位移与内力响应基本呈线性发展,模型竖向荷载向基础的传递主要依靠竖向主构件实现,环向主构件起拉结作用。同时,对模型结构进行了有限元分析,分析结果与试验结果吻合较好,验证了有限元分析模型的合理性与分析结果的准确性。在此基础上,进行了原型结构的稳定承载力分析和出现局部破坏时的抗连续性倒塌分析,证实该结构在设计荷载下具有足够的稳定承载能力和抗倒塌性能。     

深圳大运中心主体育场钢屋盖结构设计

深圳大运中心体育场钢屋盖,充分发挥钢管的受拉受压特性,将单层三角形网格,通过空间折面的方法,使之整体成为马鞍形单层折面空间网格结构,这种新的结构体系,开辟了结构设计新空间.重点介绍了钢屋盖节点命名、传力路径、节点构造以及球形支座形式.通过支座位置外移、减小内外环高低差、管径及钢材选用、抗连续倒塌设计等措施,确定结构性能控制指标安全、合理.     

北京新机场装配式单层铝合金网壳结构整体稳定性能研究

以北京新机场装配式单层铝合金网壳结构作为研究对象,建立了其装配式节点——板式节点及考虑节点性能的单层铝合金网壳的有限元模型,分析了板式节点的力学性能及节点性能对单层铝合金网壳稳定性能的影响。研究表明:板式节点刚度良好,破坏表现为不锈钢拉铆钉剪切破坏、连接板拉剪破坏和杆件在螺栓孔处承压破坏;北京新机场装配式单层铝合金网壳结构的整体稳定性能良好,承载力约为刚接网壳结构的90%,满足JGJ 7—2010《空间网格结构技术规程》的要求;由于铝合金材料无明显的屈服台阶,弹性模量较小,考虑几何非线性和材料非线性的稳定承载力比仅考虑几何非线性的稳定承载力降低约30%,结构发生弹塑性失稳,结构失稳形态表现为网壳结构在靠近长轴右端出现凹陷。     

深圳大运中心主体育场铸钢节点验收及拟合预拼装技术

深圳大运中心主体育场采用内设张拉膜的钢屋盖体系,钢结构形式为单层折面空间网格结构,分为铸钢节点和焊接节点两种形式.运用计算机拟合技术,成功解决了超重、复杂、多分支铸钢节点验收难题,并通过实测坐标与理论坐标的拟合,将其应用到构件预拼装方面,在限定的较短工期内达到了快速、精准的构件拼装效果,确保了施工质量和施工进度,同时指出节点、构件的误差来源及消除措施.     

深圳大运中心体育场钢屋盖整体稳定性能研究

深圳大运中心体育场钢屋盖采用单层折面空间网格结构,悬挑跨度51.9m到68.4m,与混凝土看台完全脱开,依靠20个球铰支座,支承在标高6m的混凝土平台处,边界约束少、传力路径复杂、整体稳定问题突出.依据特征值屈曲分析确立了初始几何缺陷的不利分布,利用非线性有限元系统分析了结构整体稳定性能,并研究了关键部位、重要杆件对整...     

西宁海湖体育中心体育场结构设计

西宁海湖体育中心由体育场、体育馆和游泳馆组成。其中体育场钢屋盖采用了悬臂三角管桁+单层折面空间网格杂交结构体系,下部看台采用了现浇钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系。介绍了钢屋盖的结构选型及布置、构件截面、关键节点的处理措施等结构设计基本情况。介绍了静力计算和稳定性分析内容,对比分析了钢屋盖单体模型与总体模型的差异,给出了解决超长混凝土结构裂缝和温度应力的技术措施。     

深圳大运中心主体育场施工过程模拟分析

深圳大运中心主体育场屋面采用单层折面空间网格钢结构体系,具有悬挑长度大、折面刚度大的结构特点.由于结构形式复杂,施工周期较长,所以建造过程对结构的内力和变形影响较大.利用施工力学的方法对施工过程进行跟踪模拟分析,得出最优的施工方案,使结构的受力和变形趋于设计状态,保证施工过程的安全性.     

星火TOD交通枢纽结构设计

星火TOD交通枢纽地下5层、地上2层,包括站厅层、站台层、枢纽大厅等.考虑了地下结构与地上结构与岩土的非线性动力特征,采用了反应位移法对地铁站部位进行抗震设计,并采用了岩土与结构三维动力时程法进行地下结构整体抗震校核设计,更加真实地反映了岩土的动力特性和结构的空间效应.枢纽大厅钢结构采用网格巨柱、斜支撑及周边钢柱支承的单层菱形网格钢网壳体系,采用有限元分析方法、考虑双非线性的极限承载力分析等方法进行设计.结果 表明:通过上述设计方法可以保证结构的刚度、承载力、稳定性均满足规范要求.     

Influence of loading ratio on flat slab connections at elevated temperature: A numerical study

For reinforced concrete members subjected to high temperature, the degree of in-service loading, commonly expressed as the loading ratio, can be highly influential on the structural behavior. In particular, the loading ratio may be pivotal in relation to the phenomenon of load-induced thermal strain. Despite its potentially pivotal role, to date, the influence of the loading ratio on both material and structural behavior has not been explored in detail. In practice, real structures experience variation in imposed loading during their service life and it is important to understand the likely response at elevated temperatures across the loading envelope. In this paper, the effect of the loading ratio is numerically investigated at both material and structural level using a validated finite element model. The model incorporates a proposed constitutive model accounting for load-induced thermal strain and this is shown to outperform the existing Eurocode 2 model in terms of accuracy. Using the validated model, the specific case of flats slabs and the associated connections to supporting columns at various loading ratios are explored. For the cases examined, a marked difference in the structural behavior including displacement direction was captured from low to high loading ratios consistent with experimental observations.     

Effective wind actions on ideal and real structures

Gust buffeting of structures is analyzed by Double Modal Transformation, a method consisting in the joint transformation into principal components of structural displacements (modal analysis) and of wind loading (proper orthogonal decomposition). It commonly occurs that modal truncation applies to both the series of structural and loading modes; besides, many loading modes are almost orthogonal respect the dominant structural modes, so they do not contribute to structural response. This set of conditions allows the introduction of an effective action, defined as the loading process reconstructed retaining only those loading modes that excite the structure. This paper discusses this method and the related concepts by analyzing a set of simple ideal structures in closed form; this approach allows the formulation of general criteria aimed at defining the effective wind action as a function of non-dimensional structural and wind parameters. The numerical analysis of a real structure confirms the tendencies pointed out by the analytical solutions.     

10000kN大型多功能结构试验机系统加载性能检验试验和分析

设计一个悬臂柱试件,对同济大学建成的“10 000kN大型多功能结构试验机系统”的各项加载性能指标进行了检测和分析。试验结果表明,该试验机系统的加载性能良好,各加载点具有很好的联动性能和随动性能。     

框架结构弹塑性分析的一种有效数值方法

框架结构的不完全弹塑性分析是一个非线性过程,按照假定的加载模式,利用荷载因子进行逐步加载。基于力学和数值方法,研究框架结构的极限承载力和变形能力。假定材料为理想弹塑性,并利用零长度塑性铰模拟塑性行为。该方法基于增量方程,类似于求解两个连续塑性铰之间的凸二次参数规划问题。利用虚荷载因子将凸二次参数规划转化为凸二次规划,并使用标准算法求解凸二次规划问题,可满足出现塑性铰的要求并自动判别塑性。该方法起初仅适用于纯弯作用,后延伸至弯矩-轴力共同作用。分别分析单调、变化、循环加载作用下的算例。整个过程稳定、可靠、高效,并比基于直接刚度法的交替位移方法更省时。     

基于APDL语言的结构动载荷响应分析综述

运用振动分析中载荷响应的基本原理,研究并运用ANSYS有限元计算软件提供的APDL语言处理了结构动载荷的加载情况,介绍了各种动载荷作用下结构动态响应分析的简便、通用的方法,实践证明该方法也同时可进行结构的模态分析。     

钢筋混凝土构件动力加载试验数据库

钢筋混凝土结构在地震作用下会产生应变率效应,受该效应影响,结构的抗震性能将产生变化。因此,在对钢筋混凝土结构进行抗震性能分析及设计时应考虑应变率效应的影响。对国内外已有研究的钢筋混凝土构件在不同加载速率下的相关试验进行力学模型等效和试验数据处理,分析了钢筋混凝土构件在不同加载速率下力学性能的一般变化趋势,并以此为基础建立了钢筋混凝土构件动力加载试验数据库,该数据库界面友好、检索方便,包含了钢筋混凝土梁、柱、节点和剪力墙构件的数据。     

三轴循环加卸载条件下砂性土变形特性研究

利用基于局部变形数字图像测量的三轴试验系统和可提供循环加卸载的试验机,设计了砂性材料的三轴循环加卸载试验,研究了砂性散体材料在不同状态下的轴向、径向和体积变形特性以及泊松比的变化。加载体胀和卸载体缩是砂性材料颗粒结构性的具体表现,在多次加卸载循环后,颗粒的滑移、滚动和破碎等结构性变形最终完全消除,结构变形达到稳定状态。泊松比的变化与试样的体积变形密切相关,从体积变化趋势中可以分析出泊松比的变化范围。     

动力失稳判别准则在非自治系统中的推广

通过假设,将结构动力失稳能量判别准则推广到非自治系统中,总结出在非自治系统中,结构动力失稳的能量判别准则,以此可判断出结构在外部激振荷载作用下(如简谐荷载,脉冲荷载,地震波等)的动力稳定性.     

Health Monitoring of Rehabilitated Concrete Bridges Using Distributed Optical Fiber Sensing

Abstract:   It is evident that a health monitoring system (HMS) holds a great deal of potential to reduce the inspection and maintenance cost of existing highway bridges by identifying the structural deficiencies at an early stage, as well as verifying the efficacy of repair procedures. As newly developed techniques, distributed optical fiber sensing (DOFS) have gradually played a prominent role in structural health monitoring for the last decade. This article focuses on the employment of two types of DOFS, namely fiber Bragg grating (FBG) and Brillouin optical time domain reflectometry (BOTDR), into an integrated HMS for rehabilitated RC girder bridges by means of a series of static and dynamic loading tests to a simply supported RC T-beam strengthened by externally post-tensioned aramid fiber reinforced polymer (AFRP) tendons. Before the loading tests, a calibration test for FBG and another one for BOTDR were implemented to, respectively, obtain good linearity for both of them. Monitoring data were collected in real time during the process of external strengthening, static loading, and dynamic loading, respectively, all of which well identified the relevant structural state. The beam was finally vibrated for 2 million cycles and then loaded monotonously to failure. Based on the bending strength of externally prestressed members, ultimate values for the test specimen were numerically computed via a newly developed simplified model, which satisfactorily predicted the ultimate structural state of the beam. And then the alert values were adopted to compare with the monitoring results for safety alarm. The investigation results show a great deal of applicability for the integrated SHM by using both DOFS in rehabilitated concrete bridges strengthened by external prestressing.     

大跨度空间索桁张力结构的模型试验研究

针对一种新型的大跨度空间结构体系———环形平面葵花型空间索桁张力结构,在理论研究基础上,设计了外径5m、内部椭圆开口3.8m×3.2m,由12组空间索桁基本分析单元构成的结构模型并进行了试验研究。测试了多种预应力水平、多种荷载工况、多级加载等条件下结构的静力性能及其多阶模态频率与振型,并与理论计算结果进行了比较。试验结果表明,在一定的预应力形成结构刚度后,体系的自平衡内力分布可通过理论找力计算获得;在对称荷载作用下,结构具有良好的承载能力与稳定性,其静力反应基本呈线性;结构抵抗不均匀荷载的能力较强,构件内力趋于整体均匀重分布;其低阶模态以竖向振动为主,结构具有良好的侧向水平刚度。