预应力索-桁架结构节点位移控制技术研究

对于预应力索-桁架结构,研究预应力索力值的大小和构件截面尺寸对结构节点位移的影响.首先施加适当预应力,使得结构某些节点位移为零.然后,计算构件截面尺寸对节点位移的灵敏度,通过改变截面尺寸,调整较大节点位移,依次循环往复,以实现结构主要节点位移趋于零的理想状态.     

钢混组合梁桥桁架施工位移研究

钢混组合梁桥桁架具有经济性能好、承载能力高、抗弯刚度大等优点,因此在我国应用广泛,但由于组成桁架的杆长细比较大,结构整体升温降温会影响桁架的合龙与桁架节点的定位。文中结合工程实例,利用MIDAS软件分析不同温度对桁架拼装阶段产生的横向位移以及桁架拼装完后节点竖向位移对其他节点的影响。研究结果表明,温度荷载对桁架的横向位移是线性的,节点的竖向位移对其他节点的影响同样是同倍增加或减少的,因此在桁架拼装时,需要将合龙时的温度控制在合理范围内,在标高调控时,可同时调节多个节点,并利用叠加原理,确定节点位置和强制位移。     

楼层平移前梁柱静态分析——以莱芜高新区管委会综合楼为例

支座形式的改变对结构内力及变形产生影响,决定楼层平移能否顺利进行,对结构的内力和节点位移变化进行研究可为确定平移对结构的影响提供理论依据。文章以莱芜市高新区管委会综合楼平移工程为背景,基于平移所需要的实际情况,应用有限元软件ETABS建立了原模型、局部托换模型、施工完托换桁架模型等3种模型;对比分析了3种模型的梁端和柱端内力值,研究其梁柱节点位移,探索局部托换模型以及施工完托换桁架模型相对于原模型的端部内力和节点位移变化幅度。结果表明:支座形式的改变对结构的影响程度随层数增加而减小;梁在竖向及水平荷载作用下内力变化幅度分别为-13.34%~2.6%与-8.12%~15.57%,柱因支座形式及端部位置不同而差别较大;托换桁架对降低柱下端内力变化幅度作用明显,水平荷载下可降低90%;节点水平位移变化幅度大于竖向位移变化幅度,主楼节点竖向位移大于裙楼。     

斜拉人行天桥的动力性能研究

斜拉人行天桥由桥、索和塔共同构成,不仅跨度大、体型复杂,而且它们之间的相互作用呈现出明显的空间振动特性,本文根据D’Alembert原理推导预应力悬挂结构的振动微分方程,得出预应力悬挂结构的自振频率与索的截面面积、弹性模量及长度有关,与结构的质量有关,与索支承结构的刚度有关,而与索中预应力的大小没有关系.通过对斜拉人行天桥的构成分析,采用弹簧串联和并联的概念,提出通过改变索的截面积来调整结构自振频率的方法,并以某小区斜拉人行天桥为例进行说明.     

大跨度张弦桁架结构静力和自振特性研究

为了研究大跨度张弦桁架结构的静力特性和自振特性,以镇江体育中心会展馆为研究对象,采用ANSYS有限元软件,对镇江体育馆整体空间结构进行了相应的计算分析,静力进行分析,研究了不同预应力、拉索横截面积对其静力性能的影响,结果表明,张弦桁架结构的预应力、拉索横截面积对结构的静力性能影响很大;然后分析了竖向支柱的有无对张弦结构振型、频率的影响,分析表明,有竖向支柱对结构振型和频率的影响很大。     

竖向整体式预应力梁柱框架节点的试验研究

试验研究证明,装配式梁柱框架施加竖向预应力,不但可以简化节点构造,而且能使装配式节点具有现浇梁柱框架节点的性能和提高抗裂度.     

索托结构中拉索预应力水平的优化研究

为研究预应力对索托桁架体系内力和挠度的影响,引入预应力水平概念,对单榀索托桁架结构进行了有限元分析.通过自由度耦合和变刚度弹簧单元来模拟索托节点,考虑预应力摩擦损失对结构性能的影响,对不同预应力水平情况下结构体系的受力性能进行分析.探讨了不同预应力水平下,结构体系变形和构件内力的变化规律,并给出预应力水平控制的参考建议.研究结果表明:采用自由度耦合和变刚度弹簧单元来模拟索托滑移节点的方法收敛性好,能够满足工程计算精度的要求.索的预应力水平在0.4到0.6之间可对桁架挠度和杆件内力起到有效的控制作用,使桁架与柔性拉索协同工作.     

肋环型逐层双环索穹顶初始预应力快速计算法

通过将空间立体结构简化为平面桁架结构,并根据节点受力平衡关系与各索杆平面等效力的关系,分别推导了新型肋环型逐层双环索穹顶结构在不设和设有内拉环时的索杆初始预应力分布的计算公式.利用ANSYS软件建立非线性有限元模型对公式进行了验证,计算结果表明：新型结构快速计算法所得的结果与结构非线性模拟结果吻合良好.因没有考虑模型在施加初始预应力后产生的微小变形,仅在结构顶部索杆内力有微小偏差,说明无须借助结构分析软件进行繁琐的计算,仅利用快速计算法即可完成新型结构初始预应力的设计,且其计算精度满足结构设计的一般精度要求．     

基于结构优化的大跨张弦平面桁架经济性分析

以最小用钢量为目标函数,考虑应力、位移和稳定性等约束,采用二次优化法对大跨平面张弦桁架的截面面积和索力进行了优化设计,并建立了以最小造价为目标函数的优化模型,参考市面上各种钢管和钢绞线的报价,提出了考虑结构位移和稳定性约束条件下钢管直径、厚度的最优造价优化法.分别对大跨预应力张弦平面桁架和非预应力张弦平面桁架进行优化,通过算例分析得出大跨预应力张弦平面桁架相对于非预应力张弦平面桁架经济上的优越性.     

单索-叠合板预应力组合网架静力特性分析

构建一种新型预应力组合网架结构,采用预应力索代替长向下弦,混凝土叠合板代替上弦,形成下弦长向为索,上弦为整体现浇混凝土板的预应力组合网架结构。利用有限元软件ANSYS对该结构进行静力特性分析,结果表明节点竖向位移值越靠近结构中心位置越大;叠合板、腹杆出现拉压应力;下弦杆与索均为拉应力,且越靠近中心位置值越大。该结构位移值及应力值均满足规范设计要求。     

悬链线解答在斜拉索数值分析中的应用

斜拉桥和斜拉索是几何非线性明显的结构。随着斜拉桥跨径的飞速增长,斜拉索的长度也大大增加,目前最长的斜拉索的水平投影长度已超过500 m,这大大超出了常用斜拉索的长度,原有理论的计算精度值得研究。由弹性悬链线静力解析解可推导出弹性悬链线单元,得到单元的刚度矩阵和单元的节点力向量,集成后得到结构的平衡方程。根据该方法,编制了弹性悬链线单元的有限元程序并进行实例计算。该程序可以一根索的任何一个参数值(如索端张拉力或测量预应力状态下的索长)为已知条件来确定索的状态,结果表明,该程序所需单元少、结果精度高,可方便应用于工程实践。建议超大跨度斜拉桥拉索的受力分析采用基于悬链线单元的分析方法。     

预应力屋架施工质量监控

结合生产实际,综述了预应力混凝土屋架施工阶段质量的控制措施.结果表明:预应力屋架施工过程中,通过合理设置质量控制点,采取几项重点控制措施,屋架工程的施工质量达到了预期的效果.提出这些质量控制措施,对提高预应力屋架的施工质量,解决预应力工程质量通病问题,起到了推动作用.也为类似工程的施工质量控制提供了一种经验方法.     

房屋结构预应力技术的特点及应用

为了推进预应力技术的进一步研究,总结了房屋结构中预应力技术的主要特点,介绍了预应力技术在大跨钢桁架结构、大跨空间屋盖结构、大悬挑桁架、大面积楼盖、板柱结构及转换层结构中的应用实例,分析了预应力技术在房屋结构应用中存在的实际问题,并指出预应力技术的发展方向．     

部分斜拉桥力学性能分析

平顶山市湛河一桥主桥为双跨独塔单索面矮塔部分斜拉桥,为了分析该桥梁的力学性能,采用大型有限元通用软件ANSYS进行建模,主梁和塔采用空间梁单元(beam188)进行离散,拉索采用只承受拉力的空间杆单元(link10)模拟,建立了该桥梁的有限元计算模型,分别计算了桥梁的内力、自振频率和振型.计算结果表明,对于该矮塔部分斜拉桥,拉索对主梁的轴力和弯矩影响较大,主梁的刚度对桥梁整桥自振频率影响较大,该桥梁低阶振动主要表现为桥梁的整体竖向振动和横向振动.计算结果可为该桥的施工控制及使用阶段的健康检测和维护提供参考.     

连续多跨矮塔斜拉桥力学性能分析

以开封黄河二桥主桥为研究对象,采用有限元程序Midas/civil对该桥进行了力学性能分析.计算结果表明:由于该桥塔高与跨径之比较大,斜拉索承担较多的竖向荷载,能有效降低主梁支点截面的高度和内力;主梁的内力与变形表现为多跨连续梁的受力特点,主梁基本全截面受压,轴力分布较为均匀,在桥塔根部支点处出现较大正弯矩,跨中出现负弯矩;主梁刚度较大,整体变形以向上为主,变形量较小;主塔只起到拉索转向块的作用,纵向受力较小,故各塔顶纵桥向位移较小,在中等跨径范围内,可采用多跨矮塔斜拉桥方案解决普通多跨斜拉桥的刚度问题;每根塔柱两侧拉索的拉力由内向外依次小幅增大,总体分布均匀,边跨索索力最大,活载作用引起的拉索应力增幅较小;桥梁结构在非对称活载作用下的受力更为不利;各构件控制截面应力及变形均在桥梁设计规范规定范围内,且具有足够的安全储备,桥梁结构受力合理.     

PC连续箱梁桥裂缝控制研究

结合两座实桥的裂缝观测和有限元分析的结果，研究了大跨径变截面预应力混凝土连续箱梁桥的抗裂性能，首先，对引起箱梁开裂的主要因素如纵向预应力束布置方式，竖向预应力大小，温度梯度模式等进行了敏感性分析，从预应力筋布置、温度梯度模式的选取、混凝土拉压应力的限值、非预应力筋的设置等几方面提出了抗裂设计改进建议，并指出目前用于箱梁计算的平面杆系理论和空间梁格理论的局限和不足，其次，在分析常见结构性裂缝及其成因的基础上，建议在腹板中加强配制斜筋和箍筋的措施来防治腹板斜裂缝，最后，认为纵向预应力束布置方式和竖向预应力大小对箱梁腹板斜裂缝的控制和开展起着主要的作用，现行计划支座附近温度应力偏于不安全，腹板箍筋应考虑竖向应力影响。     

预应力柔性拱结构弹性整体稳定性试验研究

预应力柔性拭拱由薄钢板带和索组成的新型预应力结构,通过张拉索先将薄钢板带在弹性范围内压弯成弓状,然后继续张拉拱面索,从而形成拱内初始压应力．针对3种不同的拱面索预拉力值的柔性模型,进行了跨中施加竖向集中力的弹性稳定性试验研究．结果表明,模型达稳定承载力时均呈侧移失稳模态,且稳定承载力随拱面索中预拉力的增加而增加．试验结果与ANSYS有限元分析结果吻合较好,为利用ANSYS开展该种结构静力工作性能的研究创造了条件．     

平面桁架单元

基于有限元法,将桁架结构中的杆件作为某一平面单元的子单元,利用平面4～8结点等参单元的形函数来表示单元内杆端的坐标和位移,从而把一段桁架看成一个单元,构造了平面桁架单元．计算结果表明,用平面桁架单元解决大型桁架结构的力学计算问题是可行的,它能有效地减少结点数,达到减少计算工作量的目的．并能满足工程精度要求．     

一种等张力空间索网结构找形方法

为设计出质量小、结构稳定的空间索网天线结构,给出了一种等张力索网结构找形的坐标迭代算法.将索网上的各节点看做只能在理想反射面上移动的点,并规定各段绳索中的张力是恒定的.各节点在合力的作用下运动,当作用在各节点上的合力逐渐减为零时,索网结构到达一种平衡状态,根据这一平衡状态可求出各段绳索的无应力长度.使用该算法对环形桁架索网天线计算模型进行了找形计算,并使用有限元法对找形得到的平衡状态进行验证,证明了该算法的正确性和可行性.同时将找形结果与极小范数法、等力密度这两种找形算法的结果进行了比较分析.分析结果表明,使用等张力找形算法得到的索网结构绳索张力的均匀性最好.文中所提的等张力找形算法可用于空间索网结构的找形.