钢拱结构设计理论与我国钢拱结构技术规程

钢拱结构在竖向荷载作用下拱脚产生水平推力,将外荷载产生的弯矩转化为轴向压力,具有较高的结构承载效率。作为承受压力和弯矩为主的构件,钢拱结构的稳定性能成为研究和设计中的主要问题。钢拱结构稳定问题的复杂性导致其稳定承载力设计理论的研究和应用严重滞后于工程实践。目前国内外均无较完善的设计规范或相关规程,我国正在编制的JGJ《铜拱结构技术规程》将在大量研究成果基础上补充这方面的内容。     

杭州亚运会曲棍球场大跨钢罩棚结构设计

杭州亚运会曲棍球场钢罩棚结构平面形状为椭圆形。屋面结构体系为钢桁架拱结构：由南北向2榀三管钢桁架拱和最外侧2根圆钢管拱组成主受力结构,东西向通过单向平面桁架连接,组成次受力结构。钢结构屋面通过8个支点落于4个高约6m的混凝土高支墩基座上,高支墩采用桩基础。介绍了曲棍球场看台屋面钢结构的方案比选和风荷载受力特点;进行了多支座类型的整体计算,并取包络值;考虑了复杂节点的应力分析。介绍了大弯矩、大剪力等复杂受力的高支墩及基础设计方法;提出了考虑桩水平承载力、增加结构自重、增设拉梁等综合措施解决基底大水平推力问题。分析结果表明：曲棍球场的各项性能指标均能满足设计要求。     

钢管混凝土桁架扁平拱抗弯性能试验研究

针对我国大跨度地下空间的发展趋势，提出在地下工程中采用钢管混凝土桁架新型衬砌结构，对大跨度钢管混凝土桁架扁平拱进行了准静态三点弯曲试验，从位移、应变和破坏模式对该结构进行了承载状态分析。钢管混凝土桁架扁平拱结构在跨中集中荷载作用下具有较大的弹性位移阶段；在大变形阶段，结构具有应力软化现象；结构跨中下弦核心混凝土对下弦钢管具有一定约束作用，但跨中下弦钢管更容易屈服和开裂；跨中上弦混凝土与钢管共同承担压缩变形，在上弦杆局部屈曲后结构不会立刻失效。     

援塞内加尔竞技摔跤场钢罩棚结构设计

援塞内加尔竞技摔跤场钢罩棚为210m大跨空间拱结构,由主拱、后拱及次桁架组成,介绍了结构方案选型、结构静力、稳定及拱脚节点分析。结果表明,主拱采用菱形截面,后拱及次桁架采用倒三角空间立体桁架,以及纵向次桁架、联系桁架、支撑布置是合理的,杆件截面受力均匀,节点构造简单,结构空间整体性强;采用万向球铰支座的主拱拱脚节点设计合理,能够满足设计要求。     

浅埋大跨地下拱结构拱轴力学及数值优化研究

通过力学分析与有限元计算探讨浅埋大跨地下混凝土拱结构合理拱轴形式及拱轴优化问题。首先,基于曲梁平衡微分方程推导出浅埋大跨地下拱结构的合理拱轴微分方程。然后,分别采用SAP2000及ABAQUS有限元软件对相同参数下的不同拱轴混凝土拱结构进行内力比较分析,验证推导所得合理拱轴线的合理性。接着,以最大限度减小拱圈截面弯矩为优化目标,采用迭代法对拱轴进行优化,并以圆弧形拱轴为例进行计算分析。最后,将优化后的圆弧拱轴与本文所得合理拱轴的拟合曲线进行内力比较,得到合理拱轴线的近似最优解。本文的研究可为混凝土拱结构设计提供参考。     

某大跨拱桁架结构合理拱轴线的选型

本文分析了在分段荷载作用下拱结构的受力模式,通过理论分析,得出相应合理拱轴线的方程曲线,并给出考虑轴力情况下的拱轴线修正方法。结合实际工程项目,某大跨拱桁架采用钢管桁架结构,拱轴线为空间曲线,主拱跨度为147m,次桁架跨度27～30m,拱高21m,拱脚平面投影30°,南北支座高差5.25m。本文通过上述理论分析结果,进行参数化分析,得出在此复杂边界条件下的合理拱轴线曲线。采用SAP2000软件对优化后的拱结构与原拱结构进行计算分析对比,通过对内力分布、结构位移等结构特性关键指标的分析,验证上述理论分析的正确性,以及本工程采用拱轴线的合理性。以上分析过程、设计思路可为今后类似工程提供参考。     

车辆荷载对隧道护拱衬砌安全性影响分析

为探讨施工车辆荷载对隧道护拱结构安全性的影响机制,以某高速铁路隧道下穿既有县道工程为依托,采用ANSYS进行施工车辆超载作用下护拱衬砌结构响应数值分析,系统分析了护拱结构的应力、变形特征,评价了护拱衬砌结构的安全性。研究结果表明:1)车辆荷载作用下,隧道护拱结构产生较大的拉应力和压应力,数值远超过填土自重荷载,车辆后轴作用在明洞正上方时为护拱衬砌的最不利工况;2)护拱衬砌拱顶产生竖向沉降变形,拱脚产生向内水平收敛变形,竖向变形最大值为0.037 mm,远大于水平变形;3)护拱衬砌拱顶承受拉应力,拱脚与围岩接触处也承受拉应力,拱脚有脱离围岩的可能性,护拱衬砌主应力最大值均未超过混凝土容许应力。研究成果可为类似工程提供参考。     

拱型波纹钢屋盖下部支承结构的设计与分析

主要针对拱型波纹钢屋盖结构的钢与混凝土两种下部支承结构在实际设计中的问题和影响因素等问题展开分析。根据拱型波纹钢屋盖结构的受力特点,建立了下部结构的计算模型。算例分析表明:跨度、矢跨比对拱脚水平推力影响均较大;矢跨比较大、柱高较小或柱距6m左右时,拱型屋盖下部采用钢结构较经济,而对于小跨度(尤其是跨度为18m左右)时,采用钢支承结构不够经济。建议通过梁端加肋或采用箱形截面钢梁减小拱脚水平推力的扭转影响。此外,按照悬臂梁对称配筋的方式对下部混凝土柱进行设计较简单方便且误差很小。     

预应力混凝土框架梁张拉反拱测试分析

预应力混凝土结构设计中,当等效荷载仅抵消部分结构自重时,施工张拉反拱发生后的混凝土结构还会受到模板支撑结构的约束作用。对实际工程的两榀高支撑模板大跨预应力混凝土框架结构进行了较全面的施工张拉反拱检测,结果表明,施工期间模板支撑结构对张拉反拱效应会产生较大的影响。     

广州融创雪世界高区大跨重载结构设计

介绍了广州融创雪世界高区的荷载条件及特殊的建筑要求,针对其既是高层又是大跨重载结构的特点,结构设计选用了"四个落地筒+大跨桁架转换平台+钢格构柱+大跨钢屋盖"的结构体系。为解决倾斜滑道推力造成落地筒弯矩巨大这一关键问题,设计在落地筒顶部设置了先滑动后简支支座群,大幅减小了落地筒弯矩,提高了结构安全性;实测的支座滑移量与理论计算值吻合良好,验证了支座设计的合理性。分析结果表明,结构抗震性能良好,主要抗侧力构件均可满足设定的性能目标,结构设计是可行且安全的。     

大跨度钢箱-混凝土组合系杆拱桥设计

泸溪武水大桥为大跨度钢箱-混凝土组合系杆拱桥,主拱采用钢箱-混凝土组合拱,主梁采用钢管混凝土桁腹与混凝土桥面组合梁。钢箱拱肋的拱脚节段部分采用钢箱内灌注混凝土组合结构、拱肋其他节段部分采用内空钢箱结构。桥梁设计根据组合琴拱桥理论,合理调整拱轴线,改变拱肋截面大小,拱圈灌注混凝土,可减小拱脚水平推力、节省水平系杆;充分发挥组合材料的力学性能,增加拱肋刚度,增强主拱横向稳定性;提高截面的结构效率,有效减轻桥梁自重,提高桥梁结构耐久性。该桥方案设计实现了大跨度异型拱桥力学与美学的统一。针对大跨度拱桥水平推力、横向稳定、施工安装3大关键技术难题,提出新的解决思路和技术方法。对于主桥结构采用MIDAS/Civil空间有限元分析程序进行分析,结果表明:结构整体刚度好、结构稳定性好。     

钢桁架栈桥通廊应用研究

钢桁架结构的优点是利用截面较小的杆件组成截面较大的构件,常用于大跨度的建筑物及构筑物。钢桁架杆件主要承受轴向压力或轴向拉力,可充分利用杆件强度,在跨度较大时,与实腹式钢梁相比,钢桁架具有刚度大、自重轻、节省材料等优点。     

圆弧形与抛物形拱结构的力学性能对比

针对圆弧形拱结构和抛物形拱结构的力学特性进行比较研究,基于结构力学的弹性中心法,分别得到无铰圆弧形和无铰抛物形拱结构在法向均布荷载下的内力及应力计算式,进而给出了不同矢跨比和厚跨比下两种拱结构的弯矩、轴力对比图,认为抛物形拱端的弯矩比圆弧形拱拱端的弯矩更集中,特别当水平拱圈的矢跨比较大时,抛物形拱拱端外侧易出现较大的拉应力,并对无铰圆弧形拱、无铰抛物形拱抗屈曲特性进行了比较分析,分别给出两种无铰拱结构的临界屈曲荷载解析计算式,认为在相同矢跨比下,抛物形拱的抗屈曲性能稍优于圆弧形拱,为工程设计人员应用提供参考。     

安徽蚌埠涡河三桥钢管拱体系纵向预应力张拉的施工

钢管拱拱桥在荷载作用下，拱肋的拱脚对拱座所施加的力大致可以分解为水平推力、竖向力及弯矩三部分。其中，竖向力由拱座下支座反力平衡，弯矩由拱端锚固块上竖向预应力钢筋对拱脚处产生的弯矩所平衡，水平推力最终由永久纵向预应力钢束平衡，从而达到整个拱桥的内力体系受力平衡。然而，施工过程中在未张拉永久纵向预应力钢束之前，水平推力将对支座支点处产生弯     

靖江市体育中心体育馆上承式张弦桁架拱设计研究

靖江体育中心体育馆屋面为屋脊沿矩形对角线布置的双坡屋面,为统一各榀桁架形状及受力、优化用钢量,设计出一种可适用于不规则坡屋面的新型上承式张弦桁架拱结构。以用钢量最小为目标,采用二次开发的ANSYS优化设计程序,对控制该结构形状的各参数进行优化。结果表明:当桁架跨度小于100m时,宜采用在跨度三分点附近布置2根撑杆的结构形式;拱脚处桁架高度建议取0.45~0.55倍的结构高度,拱脚距支座距离建议取0.06~0.08倍的跨度;结构用钢量随高跨比的增大而减小,当高跨比取0.10时,用钢量接近最优值。     

广西文化艺术中心钢屋盖与雨篷分析

广西文化艺术中心是南宁市标志性项目,由大剧院、音乐厅、多功能厅组成。建筑外形为表现广西喀斯特地貌的山体造型和漂浮于山腰的云带,山体造型由平行的平面拱桁架构成,云状雨篷由平行的平面桁架组成。雨篷桁架与3个大厅的拱结构连为一体,与混凝土结构设抗震缝脱开。钢屋盖与雨篷形态复杂、受力独特,对相关设计内容作了详细介绍,论证了结构的安全性。     

混凝土柱顶上钢斜梁拱的设计与施工问题

讨论了混凝土柱顶上钢斜梁拱结构的技术特点及在设计与施工方面存在的特殊问题：拱结构与梁结构的重大区别、拱脚推力释放及拱内力改变对屋面坡度的敏感性、拱脚水平位移对拱顶住移的影响、由拱结构转变成梁结构的可能性、拱脚适宜的构造形式、为克服拱脚推力释放应采用的施工措施等，可为钢结构设计与安装施工人员参考。     

中山某产业园连体结构设计

多层连体结构一般采用钢结构桁架,自重轻,抗剪承载力比容易满足,且协调两塔楼变形能力较好。大震弹塑性时程分析显示结构主要由剪力墙和梁构件产生塑性耗能;温度对连体部位构件的影响较小,连体结构的内力主要以竖向荷载为主;钢桁架和型钢混凝土柱的连接节点在不利地震作用下,混凝土受压区刚度退化较少,节点区的应力较小,结构安全可靠。     

江门体育中心体育场桁架拱基础设计

江门体育中心体育场采用不对称看台,西看台屋盖钢结构由桁架拱、桁架梁以及飘蓬组成。桁架拱跨度266.44 m,两端拱脚落地。竖向荷载作用下拱脚的水平推力达14 570 kN。由于支座水平刚度对桁架拱结构的整体稳定性影响很大,需寻求一种能够承担拱脚水平推力并满足水平刚度要求的基础形式。经比较几种可能的基础方案,确定采用钢筋混凝土地下连续墙箱形基础。采用规范计算公式、现场原位试验以及结构仿真分析,对桁架拱基础水平抗侧刚度进行计算分析。工程竣工后基础的位移监测结果表明,基础的水平刚度满足设计要求。     

江门体育中心体育场桁架拱基础设计

江门体育中心体育场采用不对称看台,西看台屋盖钢结构由桁架拱、桁架梁以及飘蓬组成。桁架拱跨度266.44m,两端拱脚落地。竖向荷载作用下拱脚的水平推力达14570kN。由于支座水平刚度对桁架拱结构的整体稳定性影响很大,需寻求一种能够承担拱脚水平推力并满足水平刚度要求的基础形式。经比较几种可能的基础方案,确定采用钢筋混凝土地下连续墙箱形基础。采用规范计算公式、现场原位试验以及结构仿真分析,对桁架拱基础水平抗侧刚度进行计算分析。工程竣工后基础的位移监测结果表明,基础的水平刚度满足设计要求。