双向多跨连续索桁架-索网结构体系及工程应用

双向多跨连续预应力索桁架-索网结构体系是一种新型结构体系,该结构体系双向由索桁架正交形成矩形网格,每个矩形网格内为鞍形索网结构;通过天津一汽丰田停车场中索桁架-索网结构体系的应用表明,该结构体系具有用钢量低、施工周期短、造型美观等优点,使用效果良好.     

索网结构抗火实用设计方法

进行了大空间索网结构在火灾下三维非线性有限元分析,通过对影响索网结构临界温度的各因素进行敏感性分析,确定了影响临界温度的主要因素为荷载比和预应力比.根据对工程中常见的三种平面形状的鞍形索网的临界温度参数分析,得到了鞍形索网结构临界温度与荷载比及预应力比关系的实用表格.对于确定索网结构荷载比所需的最大荷载给出了解析表达式,为索网结构抗火设计提供了简便实用的方法.     

鞍形索网非线性振动计算方法研究

研究了鞍形索网屋盖振动时的受力特点,在连续性薄膜理论的基础上建立了矩形鞍形索网非线性振动的平衡微分方程,采用能量法推导出了鞍形索网的非线性自振频率的解析表达式,讨论并分析了激励幅值和索网拱度对索网的自振频率的影响,并得到各参数与自振频率的关系曲线,结果表明：激励幅值与索网拱度都是自振频率的增函数。     

索桁架结构体系找形分析的节点位移法

平面索桁架以及南平面索桁架组成的空间索桁结构是一种应用广泛的柔性结构,它依靠拉索的张力提供刚度.寻找柔性结构合理的预应力分布以达到建筑造型和力学性能的要求是其找形分析的主要目的.与索穹顶结构、单层索网结构相比,索桁架的拓扑关系更加简单明确.力密度法、动力松弛法等一般用于解决单层索网等结构由给定预应力确定初始位形的问题,且难以直接应用在通用有限元软件中(如ANSYS).如果套用索穹顶、单层索网等的找形方法(如力密度法、动力松弛法等)进行找形,则无法直接运用通用有限元软件进行分析.本文依据索桁架结构体系简单明确的拓扑关系,发展了一种通过给节点施加位移进行迭代计算的非线性有限元找形分析方法,该方法不同于单层索网或膜结构找形的小杨氏模量法.本方法求解速度较快,结果较为准确,同时便于在现有的通用有限元软件中应用.     

柔性边界预应力索网结构设计与施工

结合天津一汽成品车停放场悬索工程,介绍以双向多跨连续、轴线柱间以柔性索组成的劲性索桁架为柔性边界的索网结构,运用有限元分析软件对其进行非线性有限元分析与设计计算,介绍其施工安装方法。     

用迦辽金法计算强化材料鞍形索网

本文推导出采用线性强化材料的鞍形索网结构的平衡方程和变形协调方程,并用迦辽金方法求出索网结构在强化变形阶段的内力公式     

扬州跳水游泳馆钢屋盖双向索桁架设计

扬州跳水游泳馆下部为3层钢筋混凝土框架结构,上部为钢结构屋面,钢结构屋面东西向长135.5m,南北向长71.7m,为大跨度承重杂交空间结构体系,主要包含正交平面桁架,单层网壳,正交双向索桁架3种空间结构形式.本文重点介绍了该工程中正交双向索桁架的结构布置方案及受力特点,详细给出了双向索桁架的找形分析,各种组合工况下非线性荷载态分析的过程及计算结果,并对两种软件的计算结果进行了分析.文章最后介绍了本工程中采用的大型索结构施工模拟分析方法,详细给出了桁架及网壳安装完成并拆撑、双向索桁架从高空引线就位到膜材安装完成每个施工步骤中结构的内力和位移状态,得到一些有价值的结论,供类似的工程设计参考.     

单层双向正交马鞍形索网结构施工仿真计算研究与应用

单层双向正交索网结构是由两个方向的正交拉索组合而成的索网体系,其成型过程与约束形式、成型方法等密切相关,需要通过大量仿真计算分析来确定成型方法.国家速滑馆屋盖是由单层双向正交马鞍形索网、环桁架及幕墙索组成的组合结构体系,结构跨度为124 m×198 m,是目前世界上最大跨度的单层双向正交索网结构.为了制定行之有效的施工...     

大型索结构断索动力响应研究

在大型索结构中，拉索作为主要受力构件承担较大的荷载。分析断索对结构的影响，成为大型索结构抗连续倒塌设计的关键。选取FAST望远镜、国家速滑馆、卡塔尔卢塞尔体育场、三亚国际体育产业园体育场、日照奎山体育中心体育场、大连梭鱼湾专业足球场等多个大型索结构工程，针对结构中典型拉索发生断索的情况，采用动力分析方法研究断索后结构的动力响应，总结索网(双向正交、三角形网格)、轮辐式索桁架(单环索、双环索、内环带刚性挑棚)等不同类型索结构断索后动力响应的特点以及断索引发的动力系数。研究结果表明：除三角形网格单层索网外，其他类型的索网、轮辐式索桁架等索结构在断索后的动力系数均出现大于规范推荐取值的情况，推荐采用动力分析方法进行断索分析；双向正交单层索网刚度、稳定性和内力重分布能力较三角形网格单层索网小，拉索断索产生的动力效应较大；索桁架交错布置的单环索轮辐式索桁架结构同双环索轮辐式索桁架结构相比，径向索、环索断索后相互产生的动力效应较小；对于轮辐式索桁架结构，当上弦设有与径向索同向布置的膜拱及交叉次索时或当环索处设有刚性挑棚时，可有效降低断索产生的动力效应。     

国家速滑馆索网结构形态分析关键问题研究

系统梳理了2022年北京冬奥会国家速滑馆索网结构形态分析中的关键问题,包括位形优化、固定边界下的形态分析和考虑弹性边界的形态控制。位形优化部分,介绍了决定索网位形关键参数的选取策略。首先基于理论双曲抛物面方程建立索网位形的数学描述;然后证明了正交正放双曲抛物面索网每个网格的四个角点共面,该特性使屋面模块可以按照平面设计和加工,显著降低加工和安装难度,从工程实施角度提出了索网位形控制的需求。之后根据几何约束条件,提炼出决定索网位形的关键参数,并通过参数分析,综合考虑JGJ 257—2012《索结构技术规程》建议范围、环桁架受力、预应力水平、刚度与用索量等因素,分别选取承重索垂度和稳定索拱度为8.25 m和7 m,进而确定索网的目标位形。形态分析环节实现了固定边界条件下的索网形态控制。考虑边界形状、拓扑关系、预应力和屋顶重量分布等因素的共同影响,通过形态分析,使索网初始态位形相对理论抛物面最大偏差距离不超过5 mm,基本吻合双曲抛物面,同时索网水平投影为严格的正交正放网格,保证每个网格的四个角点共面。通过调节预应力水平,可以控制预应力在索包络力中所占比重和几何刚度在结构总刚度中所占比重,达到结构综合指标最优。考虑弹性边界的形态控制是索网形态分析的最终目标。首先分析了支承结构弹性变形对索网形态的影响,发现直接应用固定边界形态分析得到的索网初应变时,索网初始态位形最大偏差为502 mm,承重索和稳定索内力分别下降了11.1%和7.3%。然后通过环桁架预变形和修正索网初应变,使主受力体系初始态中的索网形态与固定边界结果一致,实现了弹性边界下的索网形态控制,同时还使环桁架和斜拉索到达预定形态。