索穹顶结构的新形式及其初始预应力确定

索穹顶结构是美国工程师Geiger 根据Fuller 的张拉整体结构思想开发的一种新型预张力结构。现有的索穹顶结构形式主要有肋环型和联方型两种,并应用在不同的工程中。针对现有索穹顶结构形式存在的缺点提出了几种新型的索穹顶结构形式,并运用整体可行预应力概念对结构初始预应力进行了计算。算例分析表明杆件的正确分组是得到索穹顶结构整体平衡预应力分布的关键。本文的工作可以为该类结构的初始选型和设计提供依据。     

联方型双撑杆索穹顶考虑自重的预应力计算方法

为了改善传统索穹顶结构的受力性能,该文提出了一种联方型双撑杆索穹顶结构,该索穹顶的上弦节点与两根斜撑杆相连,稳定性好并且便于张拉施工。针对联方型双撑杆索穹顶的找力分析问题,根据节点平衡方程,推导出考虑结构自重时索穹顶的预应力计算公式;给出了不同参数下联方型双撑杆索穹顶的预应力计算表,分析了该结构的受力特性;比较了考虑结构自重和不考虑结构自重时索穹顶初始预应力的差别,并采用有限元迭代法对比验证了理论公式的准确性。分析结果表明:随着矢跨比和撑杆高度的增大,结构中所有构件的初始预应力将减小;在自重荷载下,内圈脊索内力降低,最外圈斜索和环索内力显著增加;采用该文提出的理论公式可快速准确的获得考虑结构自重时联方型双撑杆索穹顶的实际预应力分布,为工程设计提供参考。     

蜂窝三撑杆型索穹顶结构构形和预应力态分析研究

该文详细研讨了一种新颖的蜂窝三撑杆型索穹顶,索穹顶结构的上弦索平面投影为蜂窝状网格,与下弦节点相连的有三根撑杆。不采用上下弦只有一根垂直水平面撑杆的"拉索海洋和压杆孤岛"传统张拉整体Fuller构想。这种新型蜂窝三撑杆型索穹顶的提出,即减少了环索与斜索用量,又提高了撑杆及结构的整体稳定性。该文对索穹顶预应力态采用节点平衡方程,详细推导和建立了蜂窝三撑杆型索穹顶索杆内力的一般性计算公式,对若干参数的索穹顶给出了索杆预应力的计算用表和大量的算例分析,以诠释索穹顶预应力态的分布规律和受力特性。该文的研究为索穹顶结构的选型和设计提供了一种新方案、新形体。     

一种索穹顶结构初始预应力分布确定的新方法—预载回弹法

对索穹顶结构初始预应力分布的确定进行了研究,提出一种新方法—预载回弹法。该方法首先对索穹顶施加一个预设荷载,提取有利于抵抗预设荷载的内力分布。将该组内力作为预应力施加至结构上,并撤除预载,使结构回弹,通过两阶段变弹性模量迭代计算,收敛后可获得索穹顶结构的整体可行预应力分布。该方法通过施加对称荷载,即可自动实现单元的分组,便于整体可行预应力的判定,并可直接获得多自应力模态结构的优化初始预应力分布。通过算例证明预载回弹法具有很高的精度、较快的收敛速度,求得的整体可行预应力分布直接适用于实际工程应用。     

索穹顶结构施工成形及荷载试验研究

通过对一直径为4.8m的Levy型索穹顶模型的成形和荷载试验研究,得到了在成形过程中和不对称荷载作用下结构的内力和变形规律。试验结果表明:单元的初始下料长度、重力作用效应、预应力损失等均是实际工程设计中的关键问题。试验结果证实了作者提出的成形和找力分析方法可以满足索穹顶结构张拉成形要求,试验结果还证实了索穹顶结构的非保守性能。     

考虑接触点摩擦的索滑移行为分析

连续索在接触点处滑移时会受接触点摩擦的影响,导致连续索在接触点两侧索力不相等。张拉连续索施加预应力时,接触点处的摩擦力使远离张拉端的索段预应力存在一定程度的损失。针对索在接触点处滑移时的摩擦问题,该文采用有限质点法,将连续索离散成相互联系的质点集合,质点间通过索单元连接,滑移索单元内力根据接触点力传递系数和索单元原长不变原则求解。该文推导了考虑接触点摩擦的滑移索单元内力求解公式,提出了索滑移判定准则,并给出了接触点力传递系数计算方法,通过自编程序对算例进行计算分析,验证了考虑接触点摩擦的滑移索单元的正确性和合理性。     

一种新型内外双重张弦网壳结构形状确定问题的研究

内外双重张弦网壳结构是一种新型的空间结构形式。该文采用局部分析法的思想,上部网壳按肋环型布设,对结构的形状确定问题进行了研究。算法1从节点平衡关系入手,对单榀内外组合张弦梁结构的形状确定问题进行了讨论,并给出了体系的初始预内力简捷计算法;算法2在介绍原有数值算法的基础上,提出了改进方法,并对计算过程参数的选取进行了讨论。通过算例比较了以上两种找形方法的计算结果,说明了方法的正确性。该文最后,给出了内外双重张弦网壳结构初始预内力分布的设计流程。 方法 方法     

多重四边形环索-张弦穹顶局部断索冲击分析

多重环索-张弦组合屋盖为复杂的弦支穹顶结构。任一拉索瞬断均会对屋盖结构产生十分显著的动力冲击作用。针对多重环索-张弦穹顶屋盖的结构特点,提出基于AP法的断索冲击动力分析方法。针对断索失效路径、断索持续时间、结构阻尼比及屋盖初始荷载等参数开展敏感性分析,得到适用于多重环索-张弦屋盖的断索冲击动力分析的适用参数。剩余屋盖结构的动力分析结果表明:拉索瞬断冲击下,剩余屋盖的位移及内力响应均会不同程度地大于拉索静力失效,拉索瞬断引起的冲击效应不可忽视。而且,部分结构响应的动力放大系数会大显著大于规范所推荐的放大系数DAF=2.0。不同类型的拉索瞬断分析结果表明:同一重环索中任一拉索瞬断引起的动力效应大致相同;外环索瞬断引起的动力效应会显著大于其他拉索;虽然外环索和张弦索的瞬断均会引起较大的动力响应,但是两者的分布规律差异较大;多根拉索瞬断引起的动力响应并非总是大于单根拉索瞬断。     

弦支穹顶环索连续贯通的摩擦问题分析

在弦支穹顶结构工程中,环索通常连续贯通。为了能够准确、便捷地分析摩擦力在贯通环索张拉成型过程中的影响,该文利用一个4节点4单元算例,对张拉过程中单元内力的变化与分布进行了详细的阐述,并利用贯通环索在张拉滑动前后其无应力长度相等的原则,提出了贯通环索在张拉过程中摩擦力的计算方法。并利用这一摩擦力的计算方法,以摩擦系数、张...     

索穹顶结构局部断索分析

索穹顶结构是由索和杆为基本构成单元,通过预应力提供刚度的一类新型索杆空间结构体系。为考察结构中局部索(杆)破坏对整体结构的影响,以某体育馆索穹顶结构方案为背景,采用动力学方法模拟了各类杆件破断后其他杆件内力的变化和结构最终到达的平衡位置。通过观察局部索(杆)破坏是否引起其它索松弛从而造成较大节点变位来判断结构体系是否安全,通过观察局部索(杆)破坏是否引起其它索杆的强度破坏来判断结构是否连续倒塌,同时区分了不同位置杆件的安全等级。该研究对于该类结构的正常使用和维护有一定的借鉴意义。     

索穹顶结构施工成形理论分析

认为模拟各施工过程就是寻找施工各阶段平衡态的过程,首先采用抛物线单元建立已知原长的构件变形后节点坐标与构件内力之间的关系,接着采用动力松弛法、控制构件原长进行平衡态的找形分析,并尝试对由外及里逐圈张拉下斜索、只张拉外圈下斜索、由外及里逐圈调节压杆长度等3种施工方案进行模拟分析。结果表明:基于动力松弛法、控制构件原长的找形分析方法是有效和正确的,同时该文提出的各施工方案是可行的,可应用于实际工程的施工张拉。     

新型索撑式单层球面网壳选型与预应力张拉模拟研究

随着时代的进步,人们对建筑的要求不仅仅局限在功能性、实用性,更要求有优秀的透光性,轻盈的结构形式。传统的网壳结构的三角形网格划分的方式导致结构采光差、构件多,四边形网格质量轻、采光好,但刚度较低,因此提出了一种新的结构几何形式—索撑双向子午线型球面网壳,具有新的拉索布置方式—面内布置斜拉索、面外利用撑杆布置横、纵拉索。通过典型算例,并结合100 m、150 m大跨度模型算例对上述结构的力学性能规律进行验证分析,论证了该文提出的拉索布置方式的合理性。针对施工过程中拉索张拉顺序,提出了面内斜拉索及面外横纵拉索的预应力施加顺序的若干种方案,对结构进行了施工过程模拟;通过结构施工过程中各个阶段的最大位移、极限承载力等指标,研究拉索预应力施加顺序对施工过程中的影响,提出了适合于此类结构的合理施工手段,为实际工程提供理论支撑。     

斜拉空间网格结构的非线性静力分析

斜拉空间网格结构是塔柱、斜拉索和空间网格协同工作的杂交结构,刚柔相济,受力合理。考虑了不同施工阶段塔柱的弹性支承作用和斜拉索的几何非线性影响,局部修正了网格结构的刚度方程,并将斜拉索施加一定的预拉力,以达到增强结构刚度、减少用钢量的目的。算例分析表明,大跨度屋盖采用斜拉空间网格结构能明显降低杆件内力,减小结构挠度,改善整个结构的受力性能。     

空间索形自锚式悬索桥吊索张拉过程分析方法

针对空间索形自锚式悬索桥的吊索张拉施工过程,以主缆、吊索的下料长度为联系,从施工过程临时体系的力学平衡角度入手,构建吊索上端竖向力矩阵与吊索横向力矩阵,建立各个施工阶段相互独立的力学平衡方程;分别采用多段三维悬链线分析空间索的双向垂度特征,建立了吊索张拉施工过程的精确解析解;所提方法可独立求解任意施工阶段的物理状态,不依赖于前一工况。基于上述优点,采用逐步推进的张拉思路,建立了张拉方案的制定流程,明显提高了优化效率。算例分析表明,该文算法精度高,方案优化效率高。     

索形优化后的双向张弦梁索力静载试验设计与研究

基于平衡荷载值确定双向张弦实腹梁结构的形状,设计了一个索形优化后的双向张弦梁整体结构索力静载试验。用万向节模拟撑杆与上弦钢梁节点,用特制花篮螺丝和改装的U型绳卡模拟拉索张拉端和锚固端,采用多点分配梁杠杆集中加载与跨中直接吊挂加载相结合的加载方案。试验结果显示,经过索网形状优化之后,竖向荷载增大到设计平衡荷载值时,双向各索索力值相近,分布均匀,明显改善受荷阶段结构中的索力分布。双向张弦梁下弦索对非对称活载尤其是二分之一跨分布形式较为敏感,可能出现边跨索力超过同级全跨荷载下的现象。     

动力松弛法在索穹顶结构形状确定中的应用

索穹顶结构的成形分析是该体系的基础问题,由于包含刚体位移使得跟踪难度相当大。基于改进动力松弛法对结构施工过程进行计算,采用拆除张拉索段,代以两个固定的集中力施加在该索两端节点的方法,克服了因其刚体位移而造成的分析困难。该方法操作简单且力学概念明确,算例和模型试验表明其能够应用于不同的索穹顶结构和索杆张拉结构的施工模拟。     

多阶段预应力空间网架结构一次张拉计算法

该文提出多阶段预应力空间网架结构一次张拉计算法,将某一阶段第i次对i预应力杆增加的预应力值作为未知数,通过结构力学方法建立该阶段预应力准则方程式并求解之。然后可计算该阶段i次预应力各预应力杆的控制值(包括各预应力杆原有的内力值),后张预应力对先张预应力的影响值,以及网架结构杆件内力和节点变位,直至该阶段最后一次预应力时得到该阶段各预应力杆的设计内力值及网架结构内力和变位。重复这样的分析计算可得到多阶段预应力网架结构预应力杆的最终内力控制值及网架杆件内力和节点变位。采用该方法,预应力杆的内力值在预应力张拉过程中无需调整,可一次性完成预应力施加操作过程。该文中附有算例说明,计算结果表明:提出的多阶段预应力空间网架结构一次张拉计算法是正确、可靠和有效的。     

预应力对混凝土梁动力特性的影响分析

通过对预应力混凝土梁强迫振动试验与有限元动力分析,得出了预应力混凝土梁的基本动力特性;进一步考察了预应力大小、预应力筋形状和位置对动力特性的影响。结果表明:对于混凝土梁,是否施加预应力和预应力索的位置对频率会产生一定的影响,而预应力大小和预应力索的形状对频率的影响则较小,分析结果有助于结构健康监测和损伤识别。