椭球面弦支穹顶结构的稳定性

以上部网壳为椭球面的弦支穹顶结构为对象, 用ABAQUS软件建模, 考虑初始缺陷、布索方式及预应力水平等影响因素, 进行几何非线性及同时考虑几何非线性和材料非线性的稳定性分析, 分析时采用弧长法跟踪平衡路径, 得到不同参数下结构的荷载-位移曲线.通过对比分析各参数下荷载-位移曲线及稳定极限承载力, 椭球面弦支穹顶结构的稳定性能较单层网壳有了大幅度提高, 初始缺陷的存在降低了结构的稳定承载力.此外, 不同布索方式和预应力水平对结构的稳定承载力有较大的影响, 应进行优化设计.     

弦支穹顶结构预应力设计及其抗震性能研究

本文给出了弦支穹顶结构的一种基于平衡矩阵理论和最优化理论的预应力确定方法。通过对不同预应力水平以及不同上部单层网壳截面弦支穹顶的模态分析讨论了该结构体系的动力特性。并研究了弦支穹顶在地震作用下的基本特性,对比分析了相应单层网壳和弦支穹顶的动力响应。分析结果表明：弦支穹顶结构的自振频率随着预应力水平的提高而增大;但随着上部单层网壳刚度的增大,预应力的大小对其自振频率的影响逐渐减小;弦支穹顶的下部张力集成体系（索杆体系）降低了上部单层网壳大部分单元在地震作用下的最大应力,尤其是外层单元的应力。     

基于随机缺陷理论的大跨度预应力弦支穹顶结构非线性整体稳定分析

基于初始几何缺陷随机分布特点,提出了弦支穹顶结构整体稳定分析的初始缺陷概率法,得到初始几何缺陷最大值和分布形式的合理取值.该方法全面考虑了节点施工定位偏差、杆件初偏心与初弯曲对弦支穹顶结构非线性整体稳定性的影响,其计算稳定性比传统特征值屈曲模态法的低30%左右.通过灵敏度分析,得到缺陷大小及分布对体系整体稳定的影响规律.研究表明:初始缺陷概率法能充分揭示初始几何缺陷对弦支穹顶结构整体稳定性的影响规律,初始几何缺陷的分布和大小更符合实际,并且偏于安全,得到的整体稳定系数具有一定可靠性.该法在2008年奥运会羽毛球馆弦支穹顶结构整体稳定分析中得到有效应用,模型试验验证了该方法的正确性.     

弦支穹顶结构施工技术及施工全过程模拟方法

弦支穹顶结构由于拉索的存在,其施工阶段的力学性能与其使用阶段不尽相同,其受力状态可能更为不利。通过系统研究弦支穹顶结构实际工程的施工工艺,提出包括施工顺序、预应力张拉施加方式、临时支撑系统和预应力张拉方式等4个关键施工参数,研究了弦支穹项结构张拉环索受力机理,并根据此张拉机理和所提关键施工参数建立了有限元分析的时变模型,编制了相应的计算程序。算例分析表明,应用该计算模型和方法,可以对弦支穹顶结构的施工过程进行精确控制,具有较强的适用性。     

基于遗传算法的脊杆索穹顶优化设计

为了降低实际工程中索穹顶结构的造价,提出了一种基于遗传算法的优化设计方法,将预应力倍数和构件截面作为离散设计变量,在目标函数中考虑了结构的施工张拉程度.以Geiger和Levy两种索穹顶作为算例,得到了在多种荷载工况下满足结构应力和位移约束的索穹顶最小造价,并研究了预应力对优化结果的影响.将索穹顶的脊索替换为可受压的钢杆后,对改进方案——脊杆索穹顶进行了优化设计,并与原结构对比了结构造价和力学性能.结果表明:该方法能够高效准确地得到造价最小的索穹顶结构,各构件内力比较接近其极限设计状态;有必要在索穹顶的设计过程中考虑预应力分项系数和活荷载不均匀分布等因素,以满足结构稳定性和单根构件承载力的要求;采用钢杆替换脊索,使索穹顶结构的总造价稍有降低,并显著降低了结构挠度和支座反力.     

内蒙古伊旗全民健身体育中心索穹顶结构体系设计研究

为了降低实际工程中索穹顶结构的造价,提出了一种基于遗传算法的优化设计方法,将预应力倍数和构件截面作为离散设计变量,在目标函数中考虑了结构的施工张拉程度. 以Geiger和Levy两种索穹顶作为算例,得到了在多种荷载工况下满足结构应力和位移约束的索穹顶最小造价,并研究了预应力对优化结果的影响. 将索穹顶的脊索替换为可受压的钢杆后,对改进方案——脊杆索穹顶进行了优化设计,并与原结构对比了结构造价和力学性能. 结果表明:该方法能够高效准确地得到造价最小的索穹顶结构,各构件内力比较接近其极限设计状态;有必要在索穹顶的设计过程中考虑预应力分项系数和活荷载不均匀分布等因素,以满足结构稳定性和单根构件承载力的要求;采用钢杆替换脊索,使索穹顶结构的总造价稍有降低,并显著降低了结构挠度和支座反力.

     

具有外环桁架的肋环型索穹顶初始预应力分布快速计算法

目的研究具有外环桁架的肋环型索穹顶的构件布置和特点,提出确定初始预应力分布的快速计算法.方法考虑到该结构是一种轴对称结构,将结构简化为半榀平面桁架,采用节点平衡理论进行分析.结果提出了确定初始预应力分布的快速计算法,得到了不设和设有内拉环的具有外环桁架的肋环型索穹顶预应力杆初始内力的计算公式,并将对特定参数的该种结构的计算结果与非线性有限元分析结果进行了对比.结论具有外环桁架的肋环型索穹顶结构是有发展前景的新型结构,内部建筑空间利用率高,外圈索的初始内力明显减小.快速计算法可方便地确定该类结构的初始预应力分布,为设计和力学性能分析提供基础.     

T型三撑杆索穹顶预应力计算方法与参数分析

针对传统索穹顶构造形式单一及环向刚度弱的缺陷,提出一种T型三撑杆索穹顶.采用节点平衡法与求解超静定结构的位移法相结合的方法,推导出T型三撑杆索穹在考虑自重情况下结构初始预应力分布的计算公式;对索穹顶结构进行参数分析,讨论了矢跨比和撑杆高度对结构初始预应力分布的影响,给出了结构在忽略自重的情况下初始预应力计算表,得出了适用于T型三撑杆索穹顶结构的参数合理取值范围.研究表明,T型三撑杆索穹顶结构初始预应力与矢跨比、撑杆高度均成反比,撑杆高度的影响程度更大,该结构适宜矢跨比为1/20～3/20,适宜撑杆高度为斜索角度tan10°～tan20°时的取值.     

倾斜撑杆式索穹顶结构静力性能分析

针对现有Geiger体系和Levy体系索穹顶结构存在的不足提出一种改进型的索穹顶结构体系——倾斜撑杆式索穹顶,并对60 m跨度模型进行结构形态分析、静力性能分析,得出结构设计参数:矢跨比(1/8、1/10、1/15)、每环节点数(12、14、16)、斜索与水平面夹角、构件截面面积、名义初始预应力水平对结构的预应力分布、刚度、材料用量等的影响规律.     

火灾下预应力损失对新型弦支穹顶结构稳定性影响分析

为了研究奥运会羽毛球馆在火灾情况下的性能,作者基于大空间空气升温理论对温度场进行了模拟,通过预应力损失反映温度变化对索力大小的影响,并对弦支穹顶结构进行了双重非线性影响的稳定承载力分析研究.计算结果表明,结构在90min火灾后除最外圈环索以外,其余环索的预应力损失比较明显,整体稳定承载力下降约1/5,但仍具有一定的安全储备;材料高温蠕变性对结构稳定承载力的影响很小,在结构抗火分析时可以忽略.     

柔性索对空间索杆铰接式伸展臂性能影响分析

为了研究柔性索对空间索杆铰接式伸展臂力学特性及稳定性的影响,对伸展臂自平衡状态的受力情况进行分析,计算出满足伸展臂承载结构的最小索拉力设计值.计算表明,伸展臂展开驱动力矩随索拉力的增加而成比例增大;伸展臂的轴向拉伸刚度、剪切刚度和扭转刚度随着索的抗拉刚度增加而增大;静刚度实验表明索张力对静刚度几乎没有影响.仿真分析表明,增加斜拉索直径可以提高伸展臂的扭转振动频率,而斜拉索直径及张力对伸展臂的弯曲和轴向振动频率影响较小.对不同索张力的伸展臂桁架单元进行了动力学试验,验证了仿真分析的正确性.伸展臂铰接结构受力分析表明,增大索张力有利于提高伸展臂稳定性.     

预应力超静定结构设计方法的改进

针对目前预应力超静定结构设计方法中存在的不足,结合荷载平衡法与"预应力度法"各自的优点,提出了适合各类抗裂要求的预应力超静定结构的统一设计公式.该公式建立在满足构件抗裂要求的基础之上,考虑了预应力引起的次弯矩的影响以及预应力沿预应力筋长度方向发生变化的影响.利用该公式确定预应力筋量时,计算量小,一般无需返工重算,尤其适合于超静定结构中采用曲线布筋的一般情况.     

型索穹顶结构自应力模态分析及优化设计

为了解新型Kiewitt型索穹顶结构的受力性能,采用节点平衡理论和平衡矩阵理论对该结构的自应力模态进行了详细分析,并对这类具有多个整体自应力模态的索穹顶结构采用非线性规划、以初应变能最小为优化目标进行了预应力优化.研究表明,考虑结构对称性后体系超静定次数等于基于平衡矩阵理论运用奇异值分解法求得的整体自应力模态数,且其整体模态数随环索数的增加而呈规律性增加,预应力优化后的合理初始预应力分布在一定的荷载工况作用下由于部分索临近松弛而达到极限状态.     

Influence of key factors on deflection of bonded prestressed concrete simply supported slabs subjected to fire

In order to validate the accuracy of nonlinear fire simulation programs,comparison analysis is carried out between simulation and experiment induced from small-scale specimens,and then fire resistance of large-scale prestressed concrete slabs is further investigated through parameter expansion.The influences on fire resistance ratings controlled by deflection are explored and discussed,including effective span,concrete cover thickness,load level,prestress degree,effective prestress,composite reinforcement index and other factors.The calculated results indicate that fire resistance ratings of large-scale bonded prestressed concrete simply supported slabs are bigger than those of small-scale ones.Finally,the calculation formulas of fire resistance ratings controlled by deflection are established,which rationally consider the influence of effective span,concrete cover thickness,load level,composite reinforcement index and so on key factors.     

铰接杆系机构稳定性条件分析

基于能量准则,讨论了铰接杆系机构的稳定性问题.通过分析体系切线刚度矩阵解析表达式的构成,阐明了机构的稳定仅来源于可行内力（预应力或外荷载效应）的强化,严格证明了经典预应力机构的稳定性判别准则,其等同于系统势能二阶变分的正定性条件,同时指出该准则的不完善性.针对荷载强化机构的稳定问题,提出了相应的稳定性判别准则并辅以算例说明.最后对几何稳定性问题的实质、结构和机构的定义以及机构稳定性的必要条件等问题进行了相关讨论.