张弦空间结构的非线性分析

运用非线性有限元基本理论研究张弦空间结构的非线性特征。针对5个张弦空间结构工程,研究结构的几何非线性、材料非线性和边界条件的状态非线性特征,揭示其基本力学特性。分析表明:张弦空间结构的刚性构件体系贡献了结构的线性刚度,结构的变形协调使拉索应力刚化进而增大结构的几何刚度;对索施加初始预拉力可以增大结构几何刚度,但不影响结构总刚度增量的变化规律;结构总刚度的非线性部分随荷载步的改变而更新,结构分析须先确定结构所处的荷载工况;结构材料进入塑性后表现为结构总切线刚度中线性部分的降低,当结构达到弹塑性极限承载力时表现为结构材料失效。基于张弦结构的自平衡特性,当张弦空间结构滑动支座滑移达到滑程时,结构的边界条件转变为相应的铰支座或弹性支座。通过屋盖结构支座附近同位置且同方向的下部支承结构体系的刚度与屋盖邻支座区域杆件体系刚度的比较,可方便准确地对屋盖单独模型进行屋盖结构在实际工作环境中边界条件的模拟。     

混凝土框架-钢屋盖协同工作的受力性能研究

在考虑混凝土框架的协同作用下,对采用拱形梭式桁架屋盖的华中科技大学光谷体育馆进行了有限元分析,并与用振弦应变计进行施工过程现场监测的结果进行了对比,验证有限元模型的正确性。分析了3个关键问题:温度效应、地震响应和整体稳定极限承载力。其中,整体稳定极限承载力分析采用非线性有限元法,其他分析不考虑材料塑性。结果表明:温度变化对该屋盖受力影响显著;不同地震波作用工况下,控制杆件应力变化的最大值超过40%;行波效应对杆件应力的影响随波速的减小而增大,且对不同位置杆件应力的影响不同;主桁架腹杆和侧向支承的强度和刚度,对屋盖整体稳定极限承载力影响显著;当考虑不同支承方向的框架协同作用时,屋盖整体稳定极限承载力变化较为明显。     

康巴演艺中心屋盖结构设计

康巴演艺中心屋盖造型为4列连续伞,下部支撑为分体式多层钢框架结构,结构形式采用空间三角桁架,屋面造型伞为预应力膜结构。利用3D3S对屋盖结构进行膜预应力、动力特性及承载力分析,对不同约束条件的模型进行横向对比,并对关键节点进行有限元分析。分析表明,通过设置固定铰支座和单向滑动铰支座释放内力,调节钢结构屋盖对下部结构的不利影响,使屋盖同时满足结构设计和建筑外观的要求。     

2010年上海世博会主题馆屋盖结构弹塑性极限承载力分析

以上海世博会主题馆屋盖结构为研究对象,采用通用有限元程序ANSYS对结构整体模型和屋盖单独模型进行弹塑性极限承载力全过程分析,分析结构的屈服机制、失效机制和结构在屋盖单独模型和整体模型中的全过程反应特征。分析表明,张弦桁架结构的预应力索杆体系可有效提高结构的刚度,结构塑性发展遵循连续梁结构的力学性态,结构的弹性支承边界条件在一定程度上能提高结构的极限承载能力。     

上海铁路南站新型大跨度钢屋盖结构抗震研究

对上海铁路南站主站屋新型大跨度钢屋盖结构的抗震性能进行了研究。通过有限元分析,研究了影响此类屋盖结构动力特性的不同因素。得出的结果有:预应力效应影响屋盖结构的振型频率分布;下部混凝土结构与上部屋盖的共同工作效应相当于为屋盖提供了刚度较大的弹性支座;几何非线性特性影响不显著。在时程分析基础上,研究了多维地震输入对屋盖地震响应的影响,指出内柱为屋盖结构的一个较薄弱部位;给出了拉索预应力的初始设计值;并通过时程分析,验证了该预应力设计值可以保证拉索体系在多遇和罕遇地震下均能够正常工作。     

郴州体育场罩棚结构设计

郴州市体育场屋盖采用大跨悬挑钢桁架结构。针对其跨度大、形状不规则的特点,详细阐述了结构的体系布置情况,并利用有限元软件对屋盖结构体系进行了受力、变形、模态和整体屈曲分析;介绍了支座类型的选择和减小支座水平推力的措施;对固定铰支座和弹性支承屋盖结构进行了静力和地震作用分析,探讨了上下部结构协同工作对屋盖抗震性能的影响。分析结果表明,该屋盖结构体系合理,整体性强,抗震性能良好。     

长沙Live中庭屋盖大跨空间自由曲面网壳结构设计

长沙LIVE中庭自由曲面屋盖跨越支承在下部4个结构单体上,中间局部为可开合式屋面,二次膜结构生根于主体结构之上,中庭屋盖采用大跨度单层网壳结构。介绍了结构选型及固定铰支座与滑动铰支座的合理设置方法;根据当地自然条件和风洞实验报告进行屋盖的风荷载取值;通过有限元软件MIDAS/Gen对网壳结构进行了静力和整体稳定性分析,并且将网壳与下部混凝土结构协同工作,比较自振周期、位移、支座反力来分析下部结构对网壳结构受力的影响;同时通过有限元模型对节点设计承载力和刚度进行了分析,网壳的各项计算结果均满足要求。此外,在施工过程中进行了变形监测,监测数值均在设计计算范围内。     

大型摄影棚屋盖网架与支承框架协同工作分析

对于大型摄影棚结构,合理考虑屋盖结构和支承结构协同作用是结构设计的关键.以某大型摄影棚结构为研究对象,利用SAP2000软件建立了屋盖网架固定铰支座模型、等效弹性支座模型和整体结构模型,并对其进行了静动力对比分析,讨论了下部支承结构对上部屋盖网架受力的影响.分析结果表明,固定铰支座模型与整体结构模型的应力差值较大,将下部支承结构简化后的等效弹性支座模型在静载和单独竖向地震作用时可代替整体结构模型进行分析,考虑水平向地震作用和三维地震作用时应采用整体结构模型.     

某索拱网壳结构的选型与分析

某会议厅钢结构屋盖设计难度大,采用新颖的索拱网壳结构作为屋盖支撑结构,造型独特,结构轻盈,受力合理。本文主要针对屋盖的支撑结构的体系选型和结构分析做了简要介绍,并通过该工程设计过程中的几个关键性问题的研究,包括屋盖内部支承柱布置、结构加劲形式、节点刚度、支座刚度和弹塑性极限承载力分析,提出几点有用的结论和建议,可供后来类似的工程设计参考。     

钢管桁架屋盖结构静动力性能的有限元分析

武汉市某体育馆上部采用圆钢管拱桁架屋盖结构,由两榀方钢管立体桁架支承.通过考虑10种不同的荷载工况组合,得出拱桁架上、下弦杆的轴力随跨度的变化情况.为探讨边界条件对拱桁架结构极限承载力的影响,选取四种不同的模型进行弹塑性双重非线性分析,并得到荷载-位移全过程曲线.拱桁架与立体桁架之间的连接分别按铰接和刚接处理,分析比较了屋盖整体结构的自振频率及振型,并借助ANSYS,采用振型分解反应谱法研究其抗震性能.结果表明,支承刚度对拱桁架的极限承载力影响显著,屋盖整体结构在水平地震作用下的反应不明显.该屋盖的承载力及变形均能满足要求,且具有一定的安全储备.     

广州新白云国际机场航站楼结构分析的关键问题

本文介绍了广州新白云国际机场航站楼结构分析的四个关键技术问题,并对前三个关键技术问题进行了非线性有限元分析。四个关键问题是:主楼结构整体稳定性、连接楼结构整体稳定性、膜张拉对结构的影响以及梭形钢格构柱稳定极限承载力的确定。有限元分析结果表明,主楼三角形桁架屋盖的侧向稳定性较低,需加强屋面压型钢板的抗剪刚度以提高其稳定承载力。应用本文提出的膜简化计算模型有效地分析了刚性骨架支撑的张拉膜结构,本文同时对钢桁架下弦端部实心棒节点进行了弹塑性分析。     

承载开闭钢屋盖的预应力混凝土看台结构抗震性能研究

为了深入探索承载开闭钢屋盖的预应力混凝土看台结构的抗震性能,针对上海旗忠森林体育城网球中心开闭钢屋盖与预应力混凝土看台组成的结构体系,继振动台模型试验后,采用弹塑性有限元分析,对比研究了主振型为扭转的结构体系的反应特点、屋盖闭合与开启状态对预应力结构抗震性能的影响、闭环式倒锥台空间框架结构体系的弹塑性地震反应规律和破坏模式。研究发现:屋盖的不同状态影响结构的振动特性和地震反应;以扭转为主振型的闭环式看台结构在水平地震作用下的响应模式为平动形式;预应力看台结构罕遇地震后的整体性能良好;闭环式倒锥台空间框架构形限制了大震下结构的侧移,相对于平行式框架,能提高对重力荷载的抗倒塌能力。本研究增进了对有开闭屋盖的结构体系及闭环式框架结构体系的抗震性能认识,有助于这类结构的设计。     

广东现代国际展览中心结构设计

本文介绍了广东现代国际展览中心结构设计。重点论述该结构体系的计算模型处理、基础选型以及大跨度预应力空间网架和局部二层大跨度预应力钢筋混凝土楼盖结构体系的优化设计,得到一些有意义的结论。本结构设计的主要特点是:(1)上部预应力网架结构通过两侧的拉杆锚在桩上而形成一个自平衡体系,从而减小支承结构柱的弯矩和剪力;(2)钢柱柱脚铰接的选择对于优化结构受力非常关键;(3)通过在钢柱沿建筑长方向上设置预应力拉索来保证钢柱在该方向上的稳定性。     

考虑下部支承效应的单层柱面网壳结构抗震性能研究

为研究下部支承对单层柱面网壳整体结构抗震性能的影响,建立了包含下部支承的整体结构有限元模型。通过增量动力分析方法对典型算例开展参数分析,分析了下部支承刚度、屋面荷载等参数对整体结构抗震性能的影响规律。结果表明：考虑下部支承与单层柱面网壳的耦合效应后,结构的自振频率减小,整体结构的刚度明显减弱;单层柱面网壳耦合体系的强震失效模式为强支承结构的网壳动力强度破坏与弱支承结构的支承动力强度破坏;随着支承刚度的增加,整体结构的承载力先减小后增大,网壳结构的塑性发展程度先增加后减小,下部支承结构的塑性发展程度逐渐减小;支承刚度越大,屋面荷载对结构承载力的影响越明显,整体结构的承载力随着屋面荷载的增加逐渐降低;考虑下部支承后整体结构的承载力降低了42.4%~85.5%,降低的原因主要包括下部支承结构的动力放大作用和柱间的不同步效应。     

泉州体育馆张弦桁架支撑壳体结构设计的关键问题

泉州市体育馆的椭球型屋盖采用张弦桁架支撑壳体。重点介绍了该结构在分析和设计中的关键问题:利用NURBS造型技术生成泉州体育馆非规则屋盖曲面、结构体系布置;结合工程实例提出了张弦桁架结构拉索初始预应力取值的若干原则以及合理处理支座水平推力的方法;利用弹塑性方法分析其稳定性和极限承载力以说明张弦结构优异的力学性态。     

南阳玉器超市网壳结构设计与稳定性分析

南阳玉器超市金字塔形屋顶采用了在国内应用较少的折板网壳结构,工程利用有限元理论对结构进行稳定性分析,计算考虑了几何和物理双重非线性的结构失稳全过程和极限承载力,考查了支座刚度对结构静力和稳定性能的影响。计算结果表明,金字塔形的折板网壳结构具有受力合理及经济技术指标优良的特点。     

绵竹体育中心体育馆屋盖结构设计

绵竹体育中心体育馆屋盖是一支撑在下部混凝土框架结构上的大跨度空间管桁架结构,并在下弦管内张拉预应力索。利用SAP 2000对屋盖结构进行承载力计算、动力特性分析、线性屈曲分析、非线性极限承载力分析,对关键节点进行有限元分析,并与不采用预应力的模型进行横向对比。分析表明:采用下弦管内张拉预应力的管桁架能很好地解决水平推力及竖向挠度较大的问题,同时满足结构设计及建筑外观要求。     

连云港体育馆屋面弦支穹顶结构分析与设计

弦支穹顶结构体系是在单层网壳和张拉整体的基础上发展起来的一种新型空间结构。详细介绍了上部为肋环型单层网壳的弦支穹顶结构体系在连云港体育馆屋面中的具体应用。包括屋盖结构体系的布置特点,荷载取值,初始预应力的确定原则,结构力学性态分析以及拉索与撑杆连接节点弹塑性分析。最后,对该结构作了弹塑性极限承载力研究,并就结构的安全度作了探讨。     

斜拉立体桁架极限承载力的双重非线性分析

斜拉立体桁架是一种有发展前途的大跨度杂交结构体系。针对两塔三跨和一塔两跨两种结构形式,基于UL列式,采用混合有限元模型,对该结构体系进行了几何非线性屈曲分析以及几何、材料双重非线性屈曲分析,得出斜拉立体桁架的极限承载力。计算结果表明,只有同时考虑结构的几何和材料非线性的屈曲分析方法,才能准确地评估出结构的极限承载力。同时研究了不同塔高、桁架高度、索距以及跨度对结构极限承载力的影响,从中得出了一些结论可供设计人员参考。