灾害雪荷载作用下FAST背架结构方案研究

背架结构是FAST(500m口径球面射电望远镜)反射面支承结构的重要组成部分,其性能直接影响到FAST的工作精度、经济性乃至项目的可行性.针对2008年我国南方地区发生严重雪灾的实际情况,对单层、单层弦支、双层、局部双层四种形式的FAST背架结构重新进行了参数优化,最后从结构自重、刚度、施工难易程度等方面对四种结构形式进行了综合性能的比较.     

FAST主动反射面支承结构总体方案研究

针对国家重大科学工程500m口径球面射电望远镜（FAST）主动反射面的工作特点,提出了整体索网与背架结构共同支承反射面的结构方案,对四边形及多种三角形球面索网网格划分方式进行分析和比较,确定了短程线型网格为优选划分方式;以反射面拟合精度及系统控制最易为综合目标,确定了球面索网的网格尺寸及背架结构最优半径等;对单根控制下拉索和3根控制下拉索两种方案从主动反射面的变位功能、索网结构的力学性能等方面进行了详细对比,确定了采用下端设置促动器的单根控制下拉索,实现反射面基准态的成型和工作态的变位。     

FAST反射面单元铝合金背架加工方法研究

国家天文台FAST工程(500m口径球面射电望远镜)主动反射面基准面是一个口径500m、半径300m的球面,它由主体支承结构、促动器、反射面单元等组成.本文深入分析并研究了反射面单元铝合金背架结构网架节点与构件的加工技术.开创了铝合金网架杆件缩管连接模压成形新技术,为确保FAST工程项目的顺利实施打下了坚实基础.这些技术不仅成功解决了FAST工程反射面单元背架结构铝合金网架加工难题,也可为其他类似铝合金网架结构的加工提供参考.     

世博轴阳光谷钢结构节点试验研究及有限元分析

世博轴阳光谷单层网格结构采用了一种全新的节点形式,其主要设计思路是矩形钢管杆件仅上下翼缘板及两根内力最大杆件的腹板与节点核心区焊接。根据不同的加工工艺,节点核心区有以加劲板连接的两块端板和实心圆柱体两种构造形式。为直观了解节点的受力性能、破坏机理和承载能力,保证连接节点的安全可靠,并验证通过不同工艺加工的节点能够满足设计要求,选取3个阳光谷中的10个典型节点进行了足尺试验研究。试验结果表明,所采用的节点形式具有足够的安全储备,可以满足“强节点弱杆件”的设计要求;节点核心区为实心圆柱体的构造形式,应力水平较     

FAST 30 m模型整体索网结构试验研究

对500m巨型射电望远镜(FAST)的30m模型反射面整体索网支承结构从初始预应力态的形态确定、工作态的模拟及荷载态分析等角度对索网结构进行详细的性能研究与优化设计;为满足望远镜对反射面成形高精度的特殊要求,对模型反射面整体索网支承结构的加工、制作及安装采取一系列的保证措施,同时利用有限元数手段采用逆向分析法对索网结构张拉方案进行优化,并对成形全过程进行数值模拟,指导实际的成形过程;对最终试验结果进行分析,表明采用整体索网结构作为反射面的支承结构是切实可行的,其成形精度可以达到望远镜的功能要求,同时也证明本文所采取的初始形态分析方法、成形全过程模拟方法及成形方案是正确的,所采取的保证结构精度的系列措施是有效的.     

单层单跨钢筋混凝土框架厂房结构体系抗震性能试验研究

按现行规范,市政工程中的单层单跨钢筋混凝土框架结构在8度设防时抗震等级应按一级框架进行设计,但该设计要求过高,易造成设计截面过大等问题。为配合《室外给水排水和燃气热力工程抗震设计规范》的修编工作,加工制作了6榀1/2缩尺单层单跨结构模型进行拟静力试验,考察不同抗震等级对结构模型抗震性能的影响,并通过ABAQUS有限元软件对试验工况进行了模拟。研究结果表明:按抗震等级四级设计的单层单跨钢筋混凝土框架结构模型的抗震性能满足规范要求,按抗震等级二级设计的试件已具备较高的安全裕度;单层单跨钢筋混凝土框架结构柱轴压比远低于常规框架结构的轴压比,且梁柱节点为边节点,侧向变形能力明显强于常规框架结构的。建议8度抗震设防区市政工程的单层单跨钢筋混凝土框架结构抗震等级可取为二级。     

FAST主动反射面支承结构安全预警系统研究与应用

研究了世界最大单口径射电望远镜FAST支承结构健康监测系统的安全预警功能。结合监测内容和预警分级原则制订了预警设置的总体框架,根据设计规范和环境荷载记录资料设置环境荷载预警参数,以构件安全和望远镜工作精度为控制目标,确定结构响应预警参数设置依据,提出单点张拉法对节点位移预警参数进行研究,运用LABVIEW平台开发了FAST支承结构健康监测安全预警系统,实现了预警参数嵌入及可视化控制的目标。最终在直径30m的FAST模型索网变位试验中的成功应用表明,该安全预警系统实现了FAST支承结构健康监测在线预警功能,可为将来FAST支承结构建造和正常运行提供重要保障。     

组合空腹板架结构研究与应用

钢-混凝土组合空腹板架是一种新的组合结构形式,本文详细介绍和总结了该类结构的构造、理论分析方法、试验研究及工程应用情况。理论分析方面,总结了离散化的有限元法及连续化的拟板法两类分析计算方法,并给出了算例对比。研究表明,基于梁单元、壳单元的混合有限元模型可以满足工程设计精度的需要,同时计算和数据处理工作量较小。试验研究方面,介绍了针对该类结构所做的四项试验,其中既有结构模型试验,也有结构原位试验;既有结构静力试验,也有结构动力特性测试试验以及节点低周反复加载的拟静力试验研究。试验结果证明了此类结构的安全性,也验证了理论分析的可靠性,同时为结构形式的完善和工程设计提供指导。组合空腹板架结构已在多项工程中应用,具有代表性的有两项,其一,为跨度19.5m的大荷载楼盖结构;其二,为跨度33m的楼盖结构,两项工程均已使用多年,效果良好。     

冷弯薄壁型钢结构受剪性能影响因素研究

采用了有限元法对冷弯薄壁型钢单榀墙架结构的进行受剪性能的分析。建立模型时同时考虑材料和几何非线性,采用弹塑性189梁单元,自攻螺栓采用耦合模型。通过改变已建立的有限元模型中墙架柱间距、墙架高宽比、自攻螺丝间距等影响墙架受剪性能的参数,得出结论:随着墙架柱间距增大、墙架高度增大、自攻螺栓间距增大整个墙架结构的受剪性能明显减小,在有"K"型支撑的高强薄壁型钢墙架结构中,合适的墙架柱间距、合适的墙架尺寸以及支撑体系,对墙架结构的受剪性能有很大的影响。     

拱支网壳结构的试验研究

拱支网壳结构体系是在综合了网壳(网架)及拱结构等优点的基础上,构思出的一种新型大跨度空间杂交结构形式.为进一步研究该结构形式的受力性能,本文制作了以K6-4型(Kiewitt型)单层网壳结构为基础所构成的两种具有代表性的拱支网壳结构模型,进行试验研究,同时还采用一个同尺寸的纯单层网壳模型作对比试验,并将试验结果与理论分析结果进行比较.结果表明,由于拱结构的参与,该杂交结构的受力性能得到明显的改善.     

SMA-橡胶支座在单层球面网壳结构中的隔震分析

对新型SMA-橡胶支座隔震单层球面网壳结构进行了系统的动力分析。给出了理论分析方法,编制了相应的计算程序。对某凯威特单层球面网壳在不同工况下地震响应的数值模拟表明,该新型隔震支座可有效降低空间网壳结构的振动响应。     

弦支网壳结构的静力分析

待建的安徽大学体育馆钢屋盖是由单层六角锥形网壳和索杆张拉结构组成的新型弦支网壳结构。应用有限元软件ANSYS对该屋盖结构进行了考虑几何非线性的静力分析,分析了单层网壳各组成部分对结构所起的作用及索杆结构对结构力学性能的改善作用,提出空间结构概念设计的几个方面,供结构设计参考。     

500m口径球面射电望远镜馈源支撑结构体系试验研究与理论分析

为将来在中国建造世界上最大的射电望远镜(简称FAST),采用了索、塔及移动小车馈源支撑结构体系。本文对此结构体系进行了1/30缩尺模型试验研究和理论分析,获得了模型结构索中张力和结构动力特性沿馈源球冠的变化规律。理论分析结果和试验结果二者吻合较好,说明本文的分析方法和分析过程是可行的,具有较高的计算精度。分析结果还表明,在进行结构动力反应分析中,小车的扭转振动不容忽视。     

屋面系统对单层球面网壳稳定性及地震响应的影响研究

单层球面网壳的静力稳定性及抗震性能已经取得较为系统的研究成果,但在传统的研究方法中,学者们只考虑结构部分,忽略了屋面板、吊顶、隔墙等非结构构件的影响;其中,屋面系统作为一类非结构构件,其平面刚度较大、在动力荷载下的阻尼也较大的特点会在一定程度上影响结构的受力特性。因此,选取考虑屋面系统的单层球面网壳作为研究对象,开展屋面系统对于单层球面网壳弹塑性稳定性及抗震性能的影响研究。采用有限元分析软件ABAQUS分别建立带屋面系统单层球面网壳和传统单层球壳的数值模型;通过弧长法分别对两种模型进行均布荷载作用下的非线性数值模拟,对比分析屋面系统对单层球面网壳弹塑性稳定承载力的影响;对考虑屋面系统的网壳结构进行不同地震荷载作用下的时程动力分析,采用基于响应的分析方法,考察屋面系统对于网壳结构抗震性能的影响,得到屋面系统会显著提高网壳整体刚度、增强结构抗震能力的结论;本研究可为以后网壳结构的理论研究及工程实践提供一定的参考。     

FAST工程索网主索疲劳性能研究

为研制出能够满足FAST工程要求的高耐疲劳性能主索,对索网主索的疲劳性能进行创新性研究,并通过拉索疲劳试验验证主索原材料、锚具结构、索体结构及关键制造工艺的创新性设计与改进,实验结果证实,改进创新后的索网主索能够承受的最高疲劳应力幅可达500MPa,满足了FAST工程的高耐疲劳性能要求。     

铝网架结构的研究与工程应用

本文对铝网架结构的设计与制作技术作了介绍,给出了一种采用非焊接技术,压力成型的铝网架杆件制作专利技术,文中对中国建筑科学研究院承建的典型铝网架结构工程作了介绍。     

国家天文台FAST索网施工V区锚固平台研制

国家天文台500m口径球面射电望远镜FAST(five hundred meters aperture spherical telescope)是国家"十一五"规划建设的重大科学装置之一,其索网安装跨度500m,净高约130m,合计索根数8895根。FAST索网跨度大、索量多,要求精确度高,使得索网施工非常繁琐、复杂。V区锚固平台为FAST索网施工提供一个可移动的锚固平台,是索网施工过程中必不可少的关键设备。本文针对FAST索网施工对V区锚固平台的要求,使用ANSYS有限元软件,通过先进的结构优化设计和悬索找形方法,解决了V区锚固平台结构设计过程中的多个难题;创新地解决了V区锚固平台锚固和移动的问题;最终出色地完成了V区锚固平台的研制,为FAST索网施工提供了有力保障     

局部双层叉筒网壳的非线性和线性分析

叉筒网壳由圆柱面网壳交贯而成,局部双层叉筒网壳是介于双层叉筒网壳和单层叉筒网壳之间的网壳结构形式.本文首先提出了三种局部双层网壳的构成方式,继而针对局部双层叉筒网壳的布局特点,对其进行了非线性、线性、刚接、铰接等多种计算模型的比较分析,揭示了双层区域的线性性质和单层区域的非线性性质,进而有的放矢地提出了＂非线性-线性联合＂这种适合局部双层网壳分析的合理、准确、高效的方法.