施工滑移索的数值模拟

考虑环索与节点间存在摩擦,采用变索原长法对弦支穹顶结构每圈环索在3处进行对称同步张拉施工数值模拟,计算分析了结构在张拉施工阶段环索的滑移,得到了各状态下索的张力分布.分析结果表明,环索与节点间的摩擦导致结构张拉完成后环索张力分布不均匀.在实际工程设计和施工中,应通过改进节点构造、施工方法等措施尽量避免或降低摩擦问题对结构受力性能带来的不利影响.     

刚性网格索穹顶结构组合形式及其协同工作非线性力学性能研究

提出了一种刚柔相济的组合空间结构-刚性网格索穹顶结构,该结构不仅充分发挥了索穹顶的力学性能,而且易于利用刚性网格铺设屋面板材,既具有结构优势又便于屋面安装.给出了肋环型、葵花型两种典型索穹顶与以四边形和三角形为基本构成单元刚性网格的3种组合形式.对刚性网格与索穹顶协同工作机理进行分析,将结构进行有限元离散和合理简化,建立了刚性网格索穹顶结构协同工作非线性静力分析的计算模型.以组合Ⅱ型为例,探讨了结构在满跨均布荷载和非对称荷载作用下内力和位移变化规律,以及初始预应力水平对结构力学性能的影响.计算结果表明：刚性网格的协同工作提高了结构整体刚度和承载力,减小了索穹顶对非对称荷载的敏感性;初始预应力水平对索穹顶内力影响显著,但对结构整体刚度影响非常不明显.     

鼓蜂窝四撑杆型索穹顶的结构构形及预应力态分析北大核心CSCD

继鼓蜂窝序列索穹顶创新研究后,进一步探讨了鼓蜂窝四撑杆型索穹顶的三种结构构形及一般性的预应力态分析方法.分析讨论表明:鼓蜂窝四撑杆型索穹顶是一类构形最丰富的索穹顶,在轴对称荷载作用下,均可归属为一次超静定结构,通过建立节点平衡方程组,可简捷求得预应力态的精确解.对开、闭口鼓蜂窝四撑杆Ⅲ型索穹顶,文中分别详细推演了预应力态的全过程分析,并对多个参数作了预应力态分布规律和特点的阐释.本文研究为索穹顶结构的选型、设计提供了新思路、新方案.     

索穹顶中考虑薄膜与索协同工作对结构性能的影响

索穹顶结构是一种新型的大跨度空间结构形式。目前对该类结构的受力性能研究一般仅考虑预应力索单元承受荷载,而忽略薄膜对功能力的影响,这并不能真实反映索穹顶结构的实际工作状况,并且这种简化计算是否偏于这民未经验证。针对这一问题,本文一个圆形平面Ｌｅｖｙ体系索穹顶结构计算模型,分别对两种方案进行极限承载力和位移的计算。通过对计算结果的分析比较,本文得到如下结论：仅考虑索单元承载所算得的索穹顶结构的极限承载     

双随机下刚性索穹顶结构的可靠性灵敏度分析

针对目前索穹顶结构研究中没有考虑荷载的随机性和结构本身的随机性的问题,采用基于正交设计响应面的Monte Carlo法对刚性索穹顶结构进行了双随机下的可靠性灵敏度分析.以一个跨度为60m,承受轴对称均布荷载作用的肋环型刚性索穹顶结构为例进行分析,得到了结构功能函数的响应面,进而采用Monte Carlo方法得到结构的失效概率以及各随机变量对于结构失效的灵敏度矩阵.结果表明,刚性索穹顶结构的失效概率较小,且应力控制的失效概率小于位移控制的失效概率,最外圈斜索的预应力水平、荷载、刚性杆件截面积对于结构失效较为敏感.在此基础上,与相应索穹顶结构比较,两种索穹顶结构的失效主要都是位移控制,且在位移控制下,最外圈斜索的预应力水平对于刚性索穹顶结构失效的敏感程度要比整体预应力水平对于相应索穹顶结构失效的敏感程度低,刚性索穹顶结构较相应索穹顶结构更为可靠.     

刚性网格索穹顶结构组合形式及其协同工作非线性力学性能研究

提出了一种刚柔相济的组合空间结构-刚性网格索穹顶结构,该结构不仅充分发挥了索穹顶的力学性能,而且易于利用刚性网格铺设屋面板材,既具有结构优势又便于屋面安装。给出了肋环型、葵花型两种典型索穹顶与以四边形和三角形为基本构成单元刚性网格的3种组合形式。对刚性网格与索穹顶协同工作机理进行分析,将结构进行有限元离散和合理简化,建立了刚性网格索穹顶结构协同工作非线性静力分析的计算模型。以组合Ⅰ型为例,探讨了结构在满跨均布荷载和非对称荷载作用下内力和位移变化规律,以及初始预应力水平对结构力学性能的影响。计算结果表明:刚性网格的协同工作提高了结构整体刚度和承载力,减小了索穹顶对非对称荷载的敏感性;初始预应力水平对索穹顶内力影响显著,但对结构整体刚度影响非常不明显。     

弦支穹顶结构模型张拉成型试验研究

弦支穹顶结构是由上部单层网壳和下部索杆弦支系统组成的大跨预应力杂交结构.本文以一实际弦支穹顶工程为背景,制作了跨度为8m的缩尺模型,并进行了两种张拉成型方案试验.试验结果与施工模拟理论分析结果基本一致,表明模型设计和试验方法合理,理论分析采用的施工张拉模拟法可靠.考虑到环索节点存在较大摩擦力,本文认为施工工程张拉成形时采用斜索张拉法优于环索张拉法.     

索穹顶结构几何稳定性分析

索穹顶结构是发展和推广Ｆｕｌｅｒ张拉整体结构思想后唯一应用于实际工程的一种新型大跨结构,它的几何稳定性分析对结构的设计非常重要。本文通过对杆系结构的分类、自应力模态、机构位移模态确定、以及体系稳定性判定准则等细节的研究,对索穹顶结构几何稳定性作了较为完整的分析。编制了相应的程序,对肋环型、三角化型和凯威特型等多种布置形式的索穹顶结构进行了计算分析,得出了一些对结构选型有用的结论。     

椭圆形弦支穹顶结构张拉成型阶段的应力监测研究

弦支穹顶结构是一种新型杂交结构,它很好地结合了索穹顶结构和单层网壳结构的优势,具有刚柔并济的结构特点,近些年得到越来越多的关注。以厚街体育馆钢屋盖施工张拉为研究背景,开展屋盖结构张拉成型过程的施工模拟计算,总结椭圆形弦支穹顶结构在张拉成型过程中的应力变化特点,制定合理的监测方案,通过将各监测点的实测值与模拟计算值进行对比,验证模拟计算的正确性和施工张拉方案的合理性,并为张拉施工提供指导。     

肋环型刚性索穹顶结构的静动力性能分析

为研究刚性索穹顶结构的性能,以跨度为60m的肋环型刚性索穹顶结构为例,分别对其进行在满跨和半跨均布荷载作用下的静力性能和动力性能分析,得到结构的固有频率及相应的振型,并与相应的肋环型索穹顶结构相比较,总结了杆件内力和位移的变化规律。结果显示在满跨均布向下荷载作用下,肋环型刚性索穹顶结构的性能较为优越;在半跨均布向下荷载作用下,肋环型刚性索穹顶结构的性能略有改善;在满跨及半跨均布向上荷载作用下,两者性能较为相似。肋环型刚性索穹顶并没有显著改变现有肋环型索穹顶的动力性能。     

火灾下大跨度弦支穹顶结构的性能分析

基于实用大空间火灾空气升温经验公式及预应力钢结构材料高温力学模型,采用考虑时间积分效应的非线性有限元数值分析法,建立了用于大跨度弦支穹顶结构抗火性能分析的数值模型。通过对大跨度弦支穹顶结构的抗火分析,研究结构的温度场分布、位移和应力特征以及支座约束条件对结构抗火的影响。分析结果表明:在火灾作用下,大跨度弦支穹顶结构具有较好的抗火性能,结构的抗火薄弱区域位于上层网壳的中心区域;火灾下引起弦支穹顶结构产生较大变形的主要原因是环向约束作用、材料升温膨胀以及结构刚度的降低。     

去索对无环索弦支穹顶静力性能的影响规律研究

无环索弦支穹顶结构的下部预应力索支体系较为繁冗,影响其整体受力性能且给施工造成一定困难,需要进行合理优化。以某体育馆60m跨屋盖为实例,研究去索对无环索弦支穹顶结构静力性能的影响。针对原结构下部三层预应力索支体系,设计了四种去索方案,综合分析不同去索方案对上部网壳结构总应变能、整体结构最大竖向位移和承载力的影响程度,确定最优去索方案。模拟最优去索方案对无环索弦支穹顶结构进行静力性能参数分析,研究撑杆高度、拉索索力、初始几何缺陷对结构刚度和承载力的影响。结果表明：去索位置越靠近中心,对上部单层网壳总应变能影响越小,对结构刚度和结构承载力的削弱越小,节约用钢量越少;去除第三层索对上部单层网壳应变能、结构刚度和承载力影响很小,建议在优化时优先考虑去除第三层索;第一层撑杆高度和第一层拉索预应力的增加可以使结构整体结构刚度显著变大,对结构承载力影响不大而对失效模式影响较大;第二层撑杆高度的变化对结构刚度无影响,对结构承载力和失效模式影响很小;第二层拉索索力的变化对结构刚度和承载力影响不大而失效模式影响较大;建议在优化时优先考虑调整第一层拉索和撑杆;初始几何缺陷对结构承载力影响较大,初始缺陷越大结构承载力越低,而对结构失效模式影响不明显。     

凯威特-联方型弦支穹顶结构的模态分析

利用ANSYS软件建立了凯威特-联方型弦支穹顶结构模型并对其进行了模态分析,采用兰克索斯法（Lanczos）求解结构的特征对,分析了外部荷载、矢跨比、环数比及支座形式4个变化参数对结构自振特性的影响,为结构动态性能评估及抗震设计提供了具有参考价值的结论.     

矢跨比对弦支穹顶整体稳定性的影响

随着弦支穹顶在我国的逐步应用,其整体稳定问题日益突出.以两种矢跨比弦支穹顶为例,得出不同矢跨比弦支穹顶的缺陷敏感性规律.研究表明:进行特征值分析时,应不断调整外部荷载使结构的第一阶特征值为1.0,否则将产生虚假的特征值和屈曲模态,以及对结构的极限承载力的过高估计;矢跨比为1/10的弦支穹顶为缺陷敏感性结构,预应力的引入不足以改变其初始后屈曲性状,应严格执行网壳规范对其进行分析;矢跨比为1/15的弦支穹顶为缺陷不敏感结构,但在计算时结构不会自动进入分支路径,应以其特征值为参照,判断其失稳类型,并加入初始扰动使其进入分支路径.     

多点激励下弦支穹顶叠合拱结构的地震响应(英文)

目前拱支结构在大跨度空间结构领域得到广泛应用.弦支穹顶叠合拱结构作为一种典型的拱支结构形式,已被山东茌平体育馆所采用,跨度达到196m.本文基于多点激励下的地震响应时程分析,研究了大跨度弦支穹顶叠合拱结构的行波效应.分析结果显示:当地震波速分别为300m/s、800m/s、1200m/s时,相应的地震行波效应系数分别为10.30、4.78、3.56,由此可见,对于大跨度弦支穹顶叠合拱而言,其行波效应较为显著,建议设计时适当考虑.     

拉索失效后的弦支穹顶结构稳定性能研究

弦支穹顶是近几年迅速发展起来的一种新型空间结构体系,它是一种典型的空间型弦支结构形式.本文总结弦支穹顶布索特点,对弦支穹顶局部拉索破断失效后的结构进行了特征值屈曲分析和非线性稳定性分析,得到了不同拉索失效后的非线性稳定分析临界荷载和一阶屈曲特征值,前者小于后者但在规律上是一致的.最外圈拉索失效对弦支穹顶一阶屈曲特征值和非线性稳定分析临界荷载改变最大,表明最外圈拉索对弦支穹顶稳定性影响最为显著.最后给出了不同拉索失效情况下拉索内力分布图,揭示了某一圈拉索失效后内力重分布情况,可得最外圈拉索在不存在失效单元时索力始终最大,存在失效单元的拉索索力一般最小.这些结果为弦支穹顶结构在抗连续倒塌能力方面提供一定的基础,同时也对弦支穹顶结构的推广应用具有一定参考意义.     

弦支穹顶结构缺陷状态的敏感性分析研究

由于构件制作与施工误差、计算假定与算法误差等情况不可避免的存在,当结构索施工张拉完成后索的实测张力值与设计值存在偏差.为研究各误差因素对结构受力性能的影响,本文对一跨度为50m的弦支穹顶结构建立正交表,分析了环索预应力以及网壳节点竖向坐标位置偏差等因素对结构静、动力性能以及稳定性的敏感性.结果表明,环索预应力对结构静、动力性能影响最为敏感,网壳节点竖向坐标偏差对结构稳定性能影响最大,在施工中需严格控制环索预应力和网壳节点空间位置.     

济南奥体中心体育馆整体结构分析

济南奥体中心体育馆下部采用多层混凝土框架筒体结构,上部采用弦支穹顶结构.弦支穹顶的优化与找力分析采用单独的钢结构模型进行,以改善上部单层网壳的内力分布和水平、降低支座水平推力为优化目标,得到索杆体系的自平衡内力.设计中进一步采用整体总装模型进行分析以考虑下部混凝土结构的影响,校核上部钢结构,进行钢、砼结构连接界面构件设计.通过整体分析还研究了混凝土结构的弹性支承刚度退化对上部钢结构特别是拉索预拉力损失的影响及整体结构中弦支穹顶钢结构地震响应的变化规律.     

预应力对弦支穹顶结构动力稳定性的影响

采用基于B-R运动准则的改进判别方法,结合结构时程响应曲线判定弦支穹顶结构的动力稳定性,研究拉索预应力、矢跨比对弦支穹顶动力稳定性能的影响。算例分析研究表明,在动力荷载作用下存在一组最优预应力,此时结构动力稳定临界荷载较大;在不同预应力作用下,随着矢跨比增大,结构临界荷载增大;在同一预应力作用下,随着矢跨比增大,结构临界荷载增大但幅度很小。     

双椭形弦支穹顶张拉成型试验研究

双椭形弦支穹顶是弦支穹顶结构的一种新型结构形式,它综合了单层网壳结构和索穹顶结构的优点。通过对一长轴6.7m,短轴5.1m的双椭形弦支穹顶进行模型试验,用有限元计算软件ANSYS对结构成型过程进行了全过程跟踪计算,重点分析了张拉过程中,结构变形、结构内力变化规律,从而验证张拉成型理论方法的正确性、可行性。