内凹式索拱结构极限承载力研究

采用考虑双重非线性的有限元方法对内凹式索拱结构的极限承载力进行了参数研究。主要分析了5种荷载形式下支座形式、拱矢跨比、索矢跨比、撑杆数量、拱截面、索截面、初始张拉力和初始缺陷等参数对内凹式索拱结构承载力的影响;并与仅考虑几何非线性的结果进行了对比。分析结果表明:支座形式、矢跨比、撑杆数量、拱截面等因素对结构承载力影响较大;索截面、初始张拉力和初始缺陷等对结构承载力影响较小;其合理的取值范围为:拱矢跨比取0.125~0.20,索矢跨比取0.05~0.10,索截面积取拱截面积的4%~6%,与拱结构相比,该结构的整体稳定性、极限承载力、整体刚度都大幅度提高,对缺陷的敏感度减低;半跨荷载是结构设计的控制荷载,给出了快速确定初始张拉力的简化计算公式。     

一次张拉V形腹杆内凹式索拱结构稳定承载力参数分析

稳定承载力是索拱结构分析和设计的主要内容之一。为了得到一次张拉V形腹杆内凹式索拱结构各主要参数对其稳定承载力的影响规律,利用ANSYS建立了索拱结构的有限元模型,采用考虑初始几何缺陷和双重非线性的全过程分析方法对其进行了静力稳定性参数分析。得到了支座水平刚度、腹杆数量、矢跨比、拱截面、索截面、腹杆截面和拉索初始预应力对该索拱结构静力稳定承载力的影响规律,可为该种类型索拱结构的工程设计提供参考。     

一种新型预应力索-拱结构的弹性稳定性能研究

本文所介绍的索-拱结构,是在圆弧或椭圆形拱轴线上,按照拱在重力荷载作用下的弯矩变化图设置撑杆和拉索（或预应力拉索）,以改善拱轴线上不均匀分布弯矩,达到提高纯拱结构刚度及稳定承载力的目的.利用弧长法对这种索-拱结构在全跨均布荷载和半跨均布荷载作用下的面内稳定性能进行了弹性大挠度跟踪分析,揭示了它的受力特性和破坏机理;同时文中还分析了矢跨比和撑杆高度的变化对索-拱结构受力性能的影响.     

德令哈市体育场钢结构整体稳定性分析

利用通用有限元软件对青海省海西州德令哈市体育场罩棚进行整体稳定性分析,罩棚采用桁架拱结构形式,整体稳定性分析时考虑了初始缺陷、荷载作用范围及拱脚约束形式的影响.先对结构进行特征值分析,然后利用非线性有限元分析方法得出结构受载全过程荷载-位移曲线,以此为基础分析桁架拱结构整体稳定性能的基本规律.结果表明:结构整体稳定性随初始缺陷增大而降低;结构在全跨荷载作用下的稳定性比半跨荷载略高,结构在半跨荷载作用下整体稳定性对初始缺陷更为敏感;结构的整体稳定性随支座刚度的增大而增大.     

交叉布索新型索-拱结构的静力性能及参数分析

结合弦撑式索-拱结构的撑杆布置特点以及张弦式索-拱结构的布索特点,提出了一种交叉布索索-拱结构。为了研究拉索节点位置、矢跨比、预拉力对新型索-拱结构的静力性能影响,建立了跨度60 m的交叉布索索-拱结构,采用ANSYS分析结构的静力性能,得出了一些实际性的结论。拉索节点位置越靠近拱体中点越可以极大地提高结构的竖向刚度,在均匀荷载作用下,拉索节点位置半跨1/6处结构的最大竖向位移比5/6处降低了40%;矢跨比的增加会提高结构拱脚处的稳定性,在不均匀荷载作用下,矢跨比0.15结构的水平支座反力比0.4降低1/3以下;预拉力的增加会降低下部索松弛的风险,但是增加拱体承担荷载的压力建议预拉力取值200 kN左右。     

新广州站内凹式索拱结构模型静力试验研究

新广州站站房屋盖采用一种新型预应力索拱-内凹式索拱结构,为了解该种结构的张拉成形过程、典型荷载工况下结构性能和结构极限承载力及破坏位置,分张拉成形、4种荷载工况的加载及2种典型荷载工况的极限加载3个阶段,对2榀内凹式索拱的1/3缩尺模型进行了静力试验,并将试验结果与有限元结果进行对比,有限元结果和试验值吻合较好。研究结果表明：张拉成形后索力和位形基本达到目标,确立的张拉原则可行,给出了快速确定初始张拉力的计算公式;设计工况下结构处于线弹性阶段,满跨分布荷载时主拱全截面受压,以受轴压力为主,而半跨分布荷载时以受弯为主,弯曲应力在主拱应力中的比重较大;半跨分布荷载对结构整体稳定最不利,其极限承载力较满跨分布荷载降低较大,前者在主拱弯矩最大的位置破坏,而后者在轴压力最大的拱脚附近破坏;索夹的连接形式及支座的抗推刚度对结构的承载能力影响很大。图13表4参10     

全跨和半跨荷载组合下两铰抛物线钢拱平面内承载力计算方法对比

全跨和半跨荷载组合作用下钢拱结构内力分布会随荷载比例发生较大变化。现有钢拱结构平面内稳定承载力计算式多是针对各单一加载模式进行分析得到的,缺乏对其在全跨和半跨组合荷载下适用性的充分考虑。针对此不足,以两铰抛物线钢拱结构为研究对象,考虑荷载组合比例、矢跨比、截面等不同参数的影响,对比分析了现行钢拱结构技术规程方法、基于完善拱模型的有限元方法和基于一致缺陷拱模型的有限元方法等多种方法的承载力计算结果。分析结果表明:当全跨荷载占较高比重时,按规程方法进行钢拱结构承载力设计会较为保守;而当半跨荷载占较高比重时,按规程方法进行钢拱结构承载力设计则会偏于不安全。     

脱空对钢管混凝土拱肋内力分布的影响

利用ANSYS对面内荷载作用下的钢管混凝土单圆管拱肋进行双重非线性有限元分析。考虑核心混凝土脱空,对拱肋在全跨及半跨均布荷载作用下的内力情况进行分析。研究面内荷载作用下矢跨比、截面脱空率、脱空范围及初始缺陷对抛物线拱内力分布的影响。分析结果表明,矢跨比、截面脱空率、脱空范围对拱肋的内力值有影响,但不影响拱肋的内力分布规律;拱肋的初始缺陷会影响拱肋的弯矩分布规律,不影响轴力分布规律。     

半跨活荷载作用下平面内稳定性分析

采用ANSYS有限元程序中大挠度几何非线性有限元程序对半跨均布活荷载作用下格构式圆拱平面内整体稳定性进行了分析 ,得出了在这种荷载作用下拱平面内临界荷载随矢跨比f L和三角形截面高度与跨度之比h L的变化关系 ,所给出的半跨荷载影响系数为类似结构的设计提供了参考数据     

一种新型预应力索拱结构设计及工程应用

结合工程实例,研究了索拱结构选型和有限元分析的方法,分析了支座刚度、高跨比、拱身截面、索截面等各项参数对其受力性能的影响。研究了预应力索拱结构平面外和平面内的稳定性能。结合工程实例介绍了索拱结构的工程应用,并给出了设计建议。     

新型落地索拱结构及其力学性能分析

提出了一种新型落地索拱结构,相比于其他类型索拱结构,该结构可以保持较高的室内净空,建筑使用功能和建筑效果较好。建立了跨度60 m,矢跨比分别为0.2、0.3和0.4的纯拱和索拱结构的力学模型,对比了不同矢跨比下纯拱和索拱模型的承载力、刚度、动力特性和稳定性等力学性能指标及用钢量。结果表明：该新型索拱结构可以有效降低拱结...     

索-拱组合结构中斜拉索的非线性参数振动

索-拱组合结构是大跨度拱桥施工过程中非常重要的临时结构。对大跨度拱桥施工过程中普遍存在的索-拱组合结构建立了非线性力学模型,考虑由于索的初始垂度、大位移而引起的几何非线性因素的影响,推导索-拱组合结构的非线性运动方程,对索-拱组合结构的边界条件与连接条件进行了简化,拱在连接处的边界条件被简化为用索的抗拉刚度表示的径向弹性支撑,拱在连接处的运动作为对索的周期性激励,建立索的非线性参数振动方程,运用多尺度摄动方法,对拉索可能发生的参数共振和亚谐波共振进行了理论研究和数值分析,确定了索-拱组合结构中拉索参数共振和亚谐波共振的影响因素及发生条件。研究结果表明,在拱的低阶局部振动频率处于一定区域时,拱的小幅振动能够激发拉索的大幅度运动,影响大跨度拱桥施工过程中索-拱组合结构的稳定性和安全性,对于一个给定阻尼和频率比的系统,足够小的激励幅值能够有效避免系统发生参数共振。     

Performance of umbelliform tensegrity cable structurebased on energy principles

通过建立双层悬索结构形式之一的伞状结构的简化分析模型，运用能量原理，分别计算并列式和轮辐式伞状全张力结构在活荷载和风荷载作用下的总势能，根据势能驻值原理，对结构势能求偏导并将其结果进行简化，推导求得结构位移解析表达式，并迭代计算结构跨中压杆处位移、上索最大变形和索力。通过算例对比结构位移解析计算与有限元分析的结果，其误差较小。研究结果表明：在活荷载作用下，跨中压杆处位移、上索最大变形与荷载基本成线性关系；在风荷载作用下，跨中压杆处位移随预应力基本呈线性变化，而上索最大变形则具有较强的非线性。提出的解析计算式在矢跨比和垂跨比小于1/8时精度较高，可供结构初步设计时参考。     

用于点支承玻璃幕墙的单层平面索网结构设计

单层平面索网结构常用于点支承玻璃幕墙的支承结构。基于单索幕墙拉索的切线刚度的特点和有限元分析,对索的截面面积、预应力、温度变化及变形控制等因素对单层平面索网结构性能的影响进行探讨。     

中小跨径悬索桥主缆线形简化计算方法研究

悬索桥主缆线形的计算在悬索桥设计与施工控制中具有十分重要的意义,针对精确的计算理论在有限元迭代计算中难以收敛和耗费大量计算时间的缺点,考虑到中小跨径悬索桥的小垂度主缆的特点,给出不同重力刚度下索单元与梁单元相互转化的理论依据,从理论上保证了在主缆线形计算中采用梁单元模拟主缆的可行性;介绍了梁单元几何非线性计算的基本原理与基本方法,并通过固镇县浍河二桥主缆线形计算验证了方法的可靠性。实际计算结果表明,对于中小跨径悬索桥主缆线形所采用的这种简化计算方法,具有计算速度快、算法稳定、易于收敛的优点。     

计入初始应变项的平面梁单元非线性刚度矩阵

开展平面结构几何非线性分析时经常会遇到杆件含有初始应力力或初始应变的情况。由于非线性刚度矩阵中舍有节点位移，矩阵运算量大，给刚度矩阵的推导带来很大困难。根据平面梁单元几何非线性方程，采用计入初始应力和初始应变项的一般性线弹性应力应变关系，导出了相应的切线刚度矩阵，利用MATLAB数学工具箱，给出了含有初始应力和初始应变的所有刚度矩阵的显式表达式，为程序编制奠定了基础。     

索拱吊挂轻型组合楼盖结构的静动力性能及张拉控制

采用有限元分析软件ANSYS对一种新型索拱吊挂轻型组合楼盖结构体系进行了静动力分析,并采用现场实测与计算机仿真分析相结合的方法对索拱吊挂楼盖的新型工艺进行了分析。结果表明,结构体系的基频较高,模态不密集;撑杆与拱型桁架梁连接处截面是索拱主要的控制截面;施工顺序影响整体结构的受力状态;张拉预应力索可以减小拱梁在使用阶段的单元应力,但在施工阶段,张拉预应力索却增加了拱梁的压应力,对结构产生了不利影响。