大跨度屋盖结构竞赛模型设计

大跨度屋盖是大跨度空间结构的重要结构形式之一.华北水利水电大学第一届大学生结构模型设计竞赛以设计并制作一个大跨度空间屋盖结构模型为题,并要求模拟实际荷载状态进行加载测试.本文对参赛的大跨度空间屋盖结构模型进行了分类,对各模型进行了有限元计算,分析了各类结构的受力特点和影响模型刚度与受力的关键因素,并据此对各模型进行评价.加载试验的结果验证了理论计算的可靠性.结果表明:与实际工程结构一样,竞赛模型也必须先进行概念设计和基于力学原理的优化分析,以做到设计合理,再加上精良的制作工艺才能取得较好的竞赛成绩.     

大跨度椭球屋盖结构风压分布的风洞试验和数值模拟

根据九寨沟甘海子国际会议度假中心温泉泳浴中心的风洞试验结果，分析了该结构屋面在风荷载作用下的受力性能.分别采用基于雷诺时均方程的标准k-ε、重正化群（RNG）k-ε、可实现的k-ε和雷诺应力模型（RSM）4种湍流模型对屋面平均风压进行了数值模拟，并将4种湍流模型的模拟结果与风洞试验数据进行了比较.结果表明，此类大跨度椭球屋面风压分布主要以吸力为主，靠近地面的屋面迎风面和背风面风压为正压.4种湍流模型的模拟结果之间差异较小，数值方法能够较准确地模拟该类大跨度椭球屋面的风压分布.在定量分析时采用高精度的离散格式可以提高计算精度.     

大空间屋盖的一种合理结构——钢筋混凝土拱环梁式穹窿屋盖

众所周知，拱能传递推力，适于建造大跨度结构。本文以内力计算为依据，论证了大空间屋盖结构可以不采用常用的钢网架而采用钢筋混凝土拱环梁式穹窿屋盖结构，不仅可以做到造价低、耗钢量少、施工工艺简单，还可以增加建筑美感。本文提出的新设想，可供工程设计界人士参考。     

钢筋混凝土框排架结构厂房屋盖系统的震害特征及抗震构造措施

地震作用具有间接性、复杂性和随机性的特点,建筑结构抗震性能的好坏不仅取决于抗震计算,同样取决于抗震构造以及抗震设计的指导思想──概念设计．本文通过对大量工程实例的总结,对框排架结构屋盖系统震害原因及其特征的分析,提出了抗震构造措施及处理方法．     

封闭式屋盖结构风致响应理论与试验

为了研究封闭式屋盖结构的风致响应特性,用理论方法与风洞试验进行定性与定量分析.在传统模态分析法的基础上考虑结构内压与屋盖的耦合作用,推出了模态空间不独立的频响函数矩阵来描述屋盖的风致响应特性,通过算例分析了内压对封闭式屋盖风致响应的影响机理,并对钢网架平屋盖位移响应和加速度响应在内压影响下的变化进行了参数分析.采用预应力张拉结构体系设计制作了可调刚度屋盖结构的气动弹性模型,在风洞试验中进行屋盖加速度响应的测定,试验结果与理论分析结果较为吻合.研究结果表明,考虑内压后封闭式屋盖结构的风致响应会有所减小,而墙面孔隙率与气承刚度系数是影响封闭式屋盖风致响应的重要因素.     

Ritz-POD法及其在大跨度屋盖结构风振分析中的应用

目的提出在频域内分析大跨度屋盖结构风致动力响应的新方法——Ritz—POD法，克服传统Ritz向量叠加法的不足，完善Ritz向量叠加法在大跨度屋盖结构风振响应分析中的应用问题．方法将Ritz向量叠加法和本征正交分解法（POD）相结合，用POD得到脉动风压的前几阶本征模态及相应的荷载中心频率，生成考虑多荷载空间分布模式及荷载频率影响的Ritz向量．结果利用Ritz—POD法分析一单层球面网壳的风振响应表明，仅用前5阶本征模态就能较好地描述脉动风压的空间分布形式（约为70％～80％），合理确定外荷载空间分布模式的重要性要比考虑外荷载频率影响更为显著．结论用Ritz—POD法能够合理给出脉动风荷载的空间分布模式，并有效考虑外荷载频率对结构动力响应的影响，可用少量阶数的Ritz向量即可得到较准确的风振响应，显著提高了计算效率，并且该方法包含了结构的主要贡献模态．     

大跨度屋盖结构等效静风荷载分析方法及应用

将大跨度屋盖结构等效静风荷载分为平均分量、背景分量和共振分量3个部分.以荷载响应相关系数法为基础,结合本征正交分解法,用脉动风荷载的本征模态表示等效静风荷载的背景分量,用主导振型的惯性力表示等效静风荷载的共振分量.进一步提出2个重要指标,选择最主要的本征模态和结构振型表示等效静风荷载,建立荷载模态、结构振型和等效静风荷载之间的联系.将该方法用于一单层球面网壳,计算结果验证了该方法的可靠性.     

大跨屋盖风压分布的数值模拟及拟合方法研究

针对大跨度屋盖结构绕流特性较为复杂的问题,借助CFD数值模拟技术对大跨度屋盖表面风压分布进行了数值模拟,采用了雷诺应力湍流模型(RSM)和SIMPLE压力校正算法,并与风洞试验结果进行了对比分析,两者吻合较好.为了便于工程设计,提出了风压分布的二维几何平面拟合方法及拟合公式及同时考虑风向角的三维拟合方法及公式.结合CFD数值模拟结果对平均风压系数进行了拟合,阐述了风压系数拟合方法的准确性及拟合中应注意的问题.     

基于ANSYS的大跨屋盖结构风振响应分析

风荷载是一种随机荷载.大跨屋盖结构风振响应的频域分析方法,是按照随机振动理论,建立了输入风荷载谱的特性与输出结构响应之间的直接关系来分析结构的随机振动响应.应用ANSYS软件谱分析中的PSD功能对一大跨平屋盖结构的风振响应进行了分析.     

大跨度大型复杂体型网架结构的风效应分析

以世界上最大的网架结构——深圳市民中心屋顶网架结构为工程背景，详细探讨了此类结构的在风荷载作用下的风效应。对于这种自振频率密集型的结构用随机振动理论分析其在脉动风荷载下的动力响应时，不仅要考虑选择主导模态振型，而且不能忽略交叉项的影响。     

大型轴流泵站双向出水流道设计及模型试验验证

提出了一种适合于自流排灌和机电排灌相结合的低扬程大型立式轴流泵站的出水流道及其设计方法,结合上僚泵站双向进、出水流道模型装置,经过多方案的对比试验和对流态的观察分析,验证了该设计方法的可行性.同时,针对矩形有压涵洞式出水流道提出了改善其流态的具体措施.该设计方法对同类泵站的出水流道设计有参考价值.     

大跨度球形屋面风荷载取值及计算机辅助设计

以某火力发电厂封闭煤场的120 m跨度球形屋面结构为例,采用3种风荷载体型系数取值方法计算,同时利用计算机编程进行数据处理,并对计算结果进行对比分析,为类似工程设计提供必要的参考.     

复合结构岔管模型试验与计算结果的比较

结合实际工程,采用比尺1∶6结构模型试验和有限元计算的方法,对复合结构岔管的受力进行分析,比较结构模型试验和计算之间的差异.结果表明:对于地下埋藏式月牙肋岔管这类联合受力的复合结构,计算值与模型试验结果存在一定程度的误差,计算应力值比试验值高8%～18%.     

地铁车站结构近远场地震反应特性振动台试验

以南京某地铁车站为研究背景,考虑近、远场地震动作用,研究可液化场地上三跨三层地铁车站结构大型振动台模型试验中存在的问题和解决方法,包括柔性模型箱、动态数据采集系统的研制和结构模型、地基土相似准则的确定.测试地铁车站结构的加速度、水平位移、应变反应和地基土孔隙水压力、加速度、震陷及作用于侧墙的动土压力反应.结果表明:在近、远场地震动作用下地基土呈现低频放大现象,由于近、远场地震动的频谱特性不同,放大效应的程度和频率范围差异较大;在远场强地震动作用下地表浅层土的基频与远场地震动的主频接近,地表浅层土的地震动放大效应显著;地下结构的存在显著影响周边土体的地震动特性.     

大直径挖孔桩静载荷试验分析

针对静载荷试验无法得到大直径桩基极限承载力的问题 ,分析了桩在静载荷作用下的工作性状及 2 0余根大直径人工挖孔桩的静载荷试验资料 .指出了现有几种荷载、时间、沉降关系曲线的局限性 ,提出了对大直径挖孔桩荷载—沉降曲线按双曲线拟合的逆斜率法 .结果表明 :逆斜率法能较好地预测单桩极限承载力 .同时 ,提出了利用工程桩作压载试验确定桩承载力的有关建议     

Finite element model updating for large span spatial steel structure considering uncertainties

In order to establish the baseline finite element model for structural health monitoring, a new method of model updating was proposed after analyzing the uncertainties of measured data and the error of finite element model. In the new method, the finite element model was replaced by the multi-output support vector regression machine (MSVR). The interval variables of the measured frequency were sampled by Latin hypercube sampling method. The samples of frequency were regarded as the inputs of the trained MSVR. The outputs of MSVR were the target values of design parameters. The steel structure of National Aquatic Center for Beijing Olympic Games was introduced as a case for finite element model updating. The results show that the proposed method can avoid solving the problem of complicated calculation. Both the estimated values and associated uncertainties of the structure parameters can be obtained by the method. The static and dynamic characteristics of the updated finite element model are in good agreement with the measured data.     

大跨度楼盖结构在运动荷载下的振动性能

为研究人员运动荷载下大跨度楼盖的振动特性,以内蒙古伊旗全民健身体育中心大跨度张弦梁楼盖体系为背景,采用生物力学测力平台进行人员行走、跑步、跳跃、起立等运动荷载实测和相关分析研究.考虑可能出现的各种运动荷载工况,对大跨度张弦梁楼盖区振动开展有限元分析和现场实测.分析表明:行走、跑步及跳跃荷载工况下,人员动力放大系数分别约为1.2、2.4及4.9,大跨度楼盖在人员运动荷载数值模型激励下,所得有限元分析结果与现场实测竖向加速度峰值及理论计算值吻合较好.     

大跨越输电塔线体系气弹模型风洞试验

针对大跨越输电塔线耦合体系的风振响应问题，以规划中的世界第一高塔--某大跨越输电塔线工程为原型，采用离散刚度法设计制作了塔线体系的气弹模型，并在紊流风场中进行了多个风向角、多个风速下的单塔和塔线体系气弹模型风洞试验.试验结果表明，输电塔的响应可以分解为共振响应与背景响应.通过分析塔线耦合作用对输电塔2部分分量的影响，揭示了塔线体系的风振响应特性.塔线体系与单塔相比，由于阻尼的增加导致共振响应有所降低，而迎风面积的增大使得背景响应有较大幅度的提高.分析塔线体系总的风振响应必须同时考虑塔线耦合作用对2部分分量的影响.     

高速列车站玻璃幕墙结构模型动力试验

为了研究某高铁客运站进站口玻璃幕墙结构动力安全性,采用几何比尺为1∶1的整体结构模型,对该新型结构形式下的带减振装置的玻璃幕墙结构进行了风压准静载和动力试验研究.结果表明:在风压达到设计风压1.4kPa时,幕墙玻璃面板最大应力仅为21.49MPa,强度储备大,受力安全;幕墙不存在低频大幅振动的可能,结构动力特性设计合理.幕墙振动比零风压时要大,双边激振对结构不利.     

计算机控制工程结构试验系统的实现

本文介绍ＨＰ计算机工作站开发应用于国产电液伺服结构试验机,构成可靠性强、控制精度高的工程结构试验系统。通过开发应用软件与该试验系统相结合,可实现自动闭环加载、自动数据采集储存、实时处理输出。该系统适用于各种不同结构模型以及构件的静力、疲劳和拟动力试验。