张弦梁结构的力学模式及程序编制

本文首先简要介绍了新型膜支撑结构－张弦梁结构及其特点，并根据其特点提出了将该结构离散为梁元，杆元和素元，梁元考虑弯曲转角及扭转转角对应变能的作用，索元考虑其自重引起的下垂，用混合单元有限元法进行几何非线性有限元分析的合理的该结构的力学模型，由最小势能原理推出的一般非线性问题的平衡方程，推导了各单元的几何非线性有限元平衡式，采用Ｕ．Ｌ描述增量Ｎｅｗｔｏｎ－Ｒａｐｈｓｏｎ法求解，用Ｆｒｏｔａｒｎ语言编     

张弦梁挑蓬结构的试验研究

将张弦梁原理运用到悬臂结构,进而构造出一种环状悬臂张弦梁挑蓬结构．继理论分析之后,为了验证这种结构的受力性能,通过静力试验重点分析模型在全跨和半跨荷载下的承载规律,之后从模态试验分析中,进一步了解结构的刚度和动力特性．试验结果表明：(1)结构受力合理,抵抗非对称荷载能力较强,有很好的整体稳定性;(2)与柔性悬索结构相比,结构第1阶自振频率较高,有较好的刚度;(3)设计时给定了拉索的位置,该种结构的施工相对于索穹顶、环状索一桁张力挑蓬要容易．     

双向张弦梁结构的多维地震响应分析和计算

采用随机振动理论的功率谱法,对双向张弦梁结构在多维地震作用下的动力性能及抗震计算两方面问题进行了探讨。以一个90m×90m的双向张弦梁屋盖结构为算例,分析了结构的自振特性、多维地震下的位移和内力响应特点、各地震动分量对结构响应的贡献以及上下部协同工作的影响等。在地震作用计算方面,对组合振型数的选取、预应力效应的影响、阻尼比的敏感性以及《建筑抗震设计规范》(GB50011)的多维地震效应组合方法的有效性进行了考察。对双向张弦梁结构的一些非常规地震响应特点给予了强调,提出抗震计算方面的建议,可供设计人员参考。     

张弦梁结构施工技术

通过本工程张弦梁结构的施工,掌握了大跨馊钢结构张弦梁吊装、定位、焊接、张拉、予应力、变形控制的有关施工技术,积累了一套钢拉杆张拉施工的系列化数据,为以后类似工程的施工积累了一定的经验。     

张弦梁结构若干问题的探讨

张弦梁(桁架)结构已在我国大型工程中有所应用,但对该种结构的设计和施工过程的理论研究并不完善.对张弦梁结构设计和施工过程中的若干问题进行了较为深入的理论研究,包括该结构各个单元的预应力分布、施工过程的模拟分析等.首先,将平衡矩阵理论推广应用于包含索杆梁三种单元的杂交空间结构,给出了二节点梁单元和杆单元单元平衡矩阵的一般表达式,并对一小型张弦梁结构的整体平衡矩阵进行了分析,求得其独立自应力模态数为一.其次,提出了基于将索、杆单元和梁单元分开的结构分块的分析方法--局部分析法.该方法不仅可以用来求解张弦梁结构的初始预应力分布,同时也可以用于确定体系的零状态几何形状.因而求解张弦梁结构初始预应力分布就有了两种方法.最后,算例分析验证了方法的正确性.     

高温下张弦梁结构力学特征解析解

在实腹钢梁或钢桁架下部张拉预应力高强钢索形成预应力张弦梁结构,然而钢索的预应力对温度变化敏感,因此火灾是危及张弦梁结构安全性的重要灾害,求解高温下结构的力学特征解析解是进一步研究其火灾安全性能的理论基础。考虑高温下钢材材性的衰减、非线性热应变以及几何形变的耦合,建立张弦梁结构高温下梁单元与索单元建立基本平衡微分方程,分别推导出在均布荷载作用下张弦梁结构在均匀温度场及非均匀温度场中,结构跨中挠度、预应力索水平张力和撑杆轴力的解析解;并且基于张弦梁结构力学特征解析解,对比分析了张弦梁结构热力耦合数值分析模型的可靠性,可为后继设计张弦梁受火试验方案及研究其受火破坏机理提供参考。     

浅析大跨度张弦梁的结构特浅析大跨度张弦梁的结构特点及其分析

浅析张弦梁结构应用、特征、结构形成过程以及所要研究的重点与方向。     

双向张弦梁在地震荷载作用下的稳定性分析

双向张弦梁作为一种新型的大跨度空间钢结构形式,是介于刚性结构和柔性结构之间的杂交结构体系,相对于普通结构具有明显的受力稳定问题,其稳定性问题值得研究,尤其是地震荷载作用下的动力稳定性分析。本文针对双向张弦梁结构在三向EL-Centro波作用下的动力特性,提出地震荷载作用下动力稳定性的三种判别方法:索内力判别、荷载-位移曲线判别和动力响应判别,来确定结构动力失稳的临界荷载值,以此了解双向张弦梁结构的动力失稳特点,为以后的工程设计提供参考。     

张弦梁平面外弹性稳定性能研究

无平面外支撑的张弦梁在平面内受荷过程中可能发生平面外失稳。该文首先将张弦梁的平面外失稳分为索撑体系的失稳和张弦梁整体失稳,并采用平衡法和能量法对索撑体系的稳定性进行研究;其次对于张弦梁平面外整体失稳,指出将撑杆和拉索的作用等效为集中力、提取钢梁进行稳定设计的方法并不安全;该文采用Ritz法建立张弦梁的势能方程,结合势能驻值原理,得到张弦梁在全跨均布荷载和纯弯荷载下的平面外弹性屈曲荷载,结果与有限元吻合较好。该文得到的张弦梁平面外屈曲荷载计算公式对其平面外稳定设计具有参考作用。     

高温下张弦梁结构力学特征解析解EI北大核心CSCD

在实腹钢梁或钢桁架下部张拉预应力高强钢索形成预应力张弦梁结构,然而钢索的预应力对温度变化敏感,因此火灾是危及张弦梁结构安全性的重要灾害,求解高温下结构的力学特征解析解是进一步研究其火灾安全性能的理论基础。考虑高温下钢材材性的衰减、非线性热应变以及几何形变的耦合,建立张弦梁结构高温下梁单元与索单元建立基本平衡微分方程,分别推导出在均布荷载作用下张弦梁结构在均匀温度场及非均匀温度场中,结构跨中挠度、预应力索水平张力和撑杆轴力的解析解;并且基于张弦梁结构力学特征解析解,对比分析了张弦梁结构热力耦合数值分析模型的可靠性,可为后继设计张弦梁受火试验方案及研究其受火破坏机理提供参考。     

随机初始几何缺陷对柱列支撑受力的影响

采用蒙特卡罗方法,研究了柱子和水平撑杆初始几何缺陷的随机遇合对柱列支撑受力的有利影响。应用有限元程序ANSYS对带有不同初始几何缺陷分布的柱列纵向支撑体系进行了大量的仿真分析,得到了柱列纵向支撑体系的四种失稳模式;通过概率统计得到柱中水平撑杆所受内力的概率密度函数,确定了可用于实际工程设计的支撑力的大小。结果表明:柱子和水平撑杆初始几何缺陷的随机遇合作用导致柱中水平撑杆受压或拉力的随机性,降低了支撑力,比《钢结构设计规范》(GB50017-2003)中柱列支撑设计公式算得的支撑力小许多。     

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。     

索结构静力分析的新型拉索单元研究

总结和分析不同工况下索结构中拉索的受力特点, 将拉索行为归纳为已知原长和已知索力两种典型受力情况。利用悬链线拉索解析解的线性展开, 并引入适当的约束条件, 建立两种新型的拉索单元, 给出单元切线刚度矩阵的显式表达。提出索结构非线性静力分析的一般迭代算法, 算法中利用等效线自重考虑弹性变形对拉索静力状态的影响。以斜拉悬臂结构的多阶段安装为例, 分别采用该文方法和传统方法针对不同工况进行了索结构分析, 对比计算结果证明了该文新型单元和算法的效率和精度。     

初始缺陷对板钢结构极限承载力的影响分析

从含初始弯曲的大挠度方程出发,以薄板厚度的折减量为摄动参数,将残余应力考虑成等效荷载,并通过参数分析的方法修正残余应力等效荷载,根据实用板与理想板的比拟,得出板的厚度折减量和板的极限承载力方程。非线性有限元分析和试验数据的对比表明:该文提出的方法实用、精度高,是分析板钢结构极限承载力的通用方法,可作为非线性有限元分析方法的补充,大大简化了结构极限承载力分析的复杂性。     

弯曲梁柱结构平面外失稳的研究

研究了两节梁组成的弯曲梁在受竖向集中载荷作用下的平面外稳定问题,通过建立每节梁临界状态下弯曲和扭转变形微分方程,根据变形协调关系,得出了一端固定一端悬臂的弯曲梁平面外失稳的特征方程,并以等截面等长度梁构成的弯曲梁为对象,探讨了弯曲梁上拱和上翘对其平面外稳定性的影响,以及抗扭刚度对稳定性的影响。结果表明,同样的载荷作用幅度和梁高度,采用上拱的弯曲梁比直梁具有更高的侧向稳定性,并且存在一个最佳的弯曲角度,而上翘弯曲梁的侧向稳定性要低于直梁的侧向稳定性。当弯曲梁上翘时,增大抗扭刚度可以提高侧向稳定性,弯曲梁上拱时,增大抗扭刚度却会降低其侧向稳定性。     

平面张弦结构粘弹性阻尼器振动控制研究

该文针对采用粘弹性阻尼器替换平面张弦结构跨中撑杆的振动控制方法,开展理论分析和数值仿真研究,揭示其振动控制机理,阐明振动控制效果。推导了上弦节点静力位移公式并推广至动力分析,结合撑杆动力学方程,揭示了粘弹性阻尼器替换平面张弦结构跨中撑杆振动控制耗能机理以及阻尼器刚度系数K与阻尼系数C对结构耗能效果的影响规律,依据耗能最大原则提出了实现最佳减振效果的阻尼器参数取值依据和方法。基于该文提出的刚度系数与阻尼系数取值方法,针对跨度60 m、100 m的张弦梁结构开展了粘弹性阻尼器替换张弦梁结构跨中撑杆参数化数值仿真。由参数化仿真可知,结构峰值加速度、峰值位移和峰值索内应力最大减振效果分别可达42.58%、30.54%和39.05%。减振结构可以满足结构安全以及正常使用需求。证明了粘弹性阻尼器替换平面张弦结构跨中撑杆是有效的振动控制方法,验证了该文提出的振动控制机理的有效性和阻尼器参数取值方法的适用性。     

油气井杆管柱的静力稳定性

本文建立了斜直井中受压扭细长杆管柱几何非线性屈曲的微分方程,建立了水平井段杆管柱稳定性力学分析的数学模型,导出了斜直井段杆管柱稳定性判别方法,分析了无重杆管柱的几何非线性屈曲.     

随机缺陷模态法在弦支穹顶稳定性计算中的应用

初始几何缺陷对弦支穹顶的稳定性能有较大的影响。在结构整体稳定性计算中,利用随机缺陷模态法为结构施加合理的初始几何缺陷是该文的主要研究目的。首先采用一致缺陷模态法,在不同初始几何缺陷下,对肋环2型弦支穹顶结构进行稳定性能分析,然后讨论随机缺陷模态中方差的取值方法,并利用该方法对肋环2型弦支穹顶结构进行了210种不同初始几何缺陷下的稳定性能分析,两种分析方法所施加缺陷的最大值均为结构跨度的1/300。分析结果表明：结构的初始几何缺陷对结构的稳定性能影响较大,考虑初始几何缺陷后结构稳定性能为完善结构的50%左右,且采用一致缺陷模态法时也需通过考虑不同缺陷分布形式的多次计算才能合理评估结构的稳定性能,建议在跨度较大、较为复杂的结构中采用随机模态法来考虑初始几何缺陷对结构稳定性能的影响。     

悬索结构的初始平衡构型分析

根据悬索悬链线解析表达式推导出悬索长度与索端拉力之间的关系,从而可对悬索进行精确的力学分析以提高求解精度。结合LT中索网主动反射面给出了一种以优化策略求解悬索结构初始平衡构型的方法,该方法以悬索长度为设计变量,引入相应的约束条件,可以解决已知几何形状与边界条件时索网的内力分布问题。数值算例中以单索为例给出了索网主动反射面分析的详细过程。