网架结构安装应力的影响机理

为研究网架结构杆件安装应力的分布特征,对跨度为4、5、6 m各3个,共9个网架模型进行了安装应力试验测量。为说明安装应力对网架极限承载力的影响,对跨度6 m的试验模型进行了极限承载力试验,并将结果与基于理想弹塑性、马歇尔压杆模型的Abaqus非线性分析结果进行了对比。安装应力测量结果表明：少数杆件安装应力接近甚至超过稳定应力。承载力对比表明：试验承载力比理论承载力下降了17.9%,结构安全储备仅为1.25。安装应力通过破坏结构原有对称性、产生杆件初弯曲、促使压杆提前失稳等方式影响网架结构性能,危害网架结构的安全。网架设计特别是满应力设计应当充分考虑安装应力的不利影响。     

基于网架结构极限承载力的优化设计方法

对网架结构极限承载力的分析表明,是否考虑压杆稳定对于网架极限承载力有较大影响,因此需计入压杆失效效应.基于网架整体极限承载力由压杆屈曲失稳控制的理论,提出了加大压杆计算长度系数来提高网架结构承载力的方法.对多个网架结构算例进行了极限承载力分析,结果显示,加大压杆计算长度系数,可将40m至64m跨度内网架结构的极限承载力提高40%以上,同时对于其他跨度网架结构极限承载力的提高也较为有效.因此,通过适当提高压杆的计算长度系数,在用钢量增加不多的情况下,可大幅度提高网架结构的极限承载力,并可相应提高网架结构的抗连续倒塌能力.     

轴向约束杆件高温屈曲后强度对网架结构高温极限承载力的影响

局部火灾下,网架结构升温具有明显的非均匀性,结构中温度高的杆件热膨胀受到温度较低杆件的约束,使得网架结构的部分杆件具有显著的约束杆件高温力学特征。基于局部火灾下网架结构力学反应全过程数值追踪技术,考察结构升温非均匀性、结构荷载比、火源位置和结构跨度影响因素下,网架结构杆件高温屈曲后强度对整体结构抗火极限承载力的贡献。研究表明:当结构温度分布非均匀系数η在0.2≤η<0.6区间取值,且结构荷载比R在0.2～0.7范围内,杆件高温屈曲后强度对网架结构高温极限承载力有较大贡献;随着火源位置从网架几何中心偏移,杆件高温屈曲后强度对结构抗火极限承载力的贡献增大;随着网架跨度的增加,当结构荷载比R≤0.5时,杆件高温屈曲后强度对结构抗火极限承载力的贡献逐渐增大,当荷载比R>0.5时,杆件高温屈曲后强度对结构抗火极限承载力的贡献先逐渐减小然后转变为逐渐增大。上述研究结论可为建立网架结构第2阶段失效准则提供理论依据。     

多参数影响下网架结构中轴向约束杆件高温屈曲后强度特征

基于已有研究得出的网架杆件高温下瞬变约束刚度比的求解方法,开展了多参数影响下瞬变约束刚度比变化规律及伴随的轴力历程变化规律的分析。研究表明:在结构升温历程中,杆件瞬态约束刚度比均呈现出不同程度的下降趋势;杆件初始轴向约束刚度比及轴力历程受结构升温非均匀程度系数η、荷载比R、火源位置及结构跨度的耦合影响。随着结构温度分布趋于均匀(η值增大),杆件初始约束刚度比下降;随着火源位置从结构几何中心向边缘移动,在0.2≤η≤0.6取值范围,关键腹杆的初始约束刚度比依次递减,在0.7≤η≤0.8取值范围,则依次递增;随着结构跨度递增(24～36m),各关键腹杆的初始约束刚度比依次递减。中心火源场景中,在0.2≤η≤0.5且0.2≤R≤0.6取值范围,杆件具有高温屈曲后承载力;随着火源位置偏移及网架跨度增加,在0.2≤η≤0.5取值范围,杆件具有高温屈曲后承载力。     

空间网架结构损伤程度识别的数值模拟与试验研究

空间网架杆件的损伤程度识别是网架结构健康检测中十分重要的环节,对网架结构的安全性和适用性起到决定性作用。在定位损伤杆件的前提下,通过模型试验和数值模拟手段,提出应用瞬态响应动力分析方法对四角锥网架杆件进行损伤程度识别,获得不同损伤程度杆件两端节点的位移时间历程曲线,应用Matlab对该曲线进行拟合分析。结果表明:在不同损伤工况下,损伤杆件两端节点的位移时间历程曲线可以近似拟合成直线,通过对该直线的斜率与杆件损伤程度的分析,分别得到上弦杆件、腹杆、下弦杆件两端节点的位移时间历程直线的斜率值与杆件损伤程度的关系式,通过该关系式可以较准确的识别出四角锥网架杆件的损伤程度。     

中小跨度网架结构的弹塑性地震响应分析

通过对现有中小学室内活动馆建筑功能和结构形式的调研,确定了10个有代表性的不同跨度、下部结构、支座连接形式的结构模型作为分析对象,考察其屋盖网架结构的弹塑性地震响应特点.各模型中的网架结构由非地震工况下的满应力优化设计确定,且均考虑与下部结构共同工作.杆单元采用能够同时考虑受拉屈服和受压屈曲的等效弹塑性滞回模型.多遇地震作用下的结构验算采用振型分解反应谱法,设防烈度地震及罕遇地震下结构的弹塑性动力响应计算采用非线性时程法,地震波采用由规范反应谱生成的三向人工波和两条天然波.根据计算结果,统计了网架模型在7度(0.1g)、8度(0.2g)设防烈度地震和罕遇地震下塑性杆件的分布、塑性应变大小和结构残余变形,并分析了主要影响因素.研究表明,小跨度网架结构在7度和8度中震、大震作用下均未出现塑性杆件,而中等跨度网架结构会出现一定数量的塑性杆件,其分布区域与下部结构刚度有关,且大多出现在临支座区域.地震波及其输入方向对塑性杆件数量和塑性应变大小有一定影响.所有模型在大震下均未发生倒塌.     

某工程正放四角锥螺栓球节点网架安装技术分析

<正>放四角锥网架结构是杆件按照一定的规律布置,通过螺栓球节点连接而成的网格状空间杆系结构.这类结构体系整体刚度好,技术经济指标优越,能最大限度增加建筑空间跨度,但也造成这类网架结构高空作业多,施工难度大,危险性高.根据盐贮运现场的实际施工过程,分析总结大跨度工业厂房正放四角锥网架施工方法,以期提高施工效率,确保施工安全,为日后网架结构施工提供参考.     

双层柱面网壳需考虑行波效应的最小平面尺寸

为了探究大跨空间结构需考虑行波效应的最小平面尺寸,采用时程分析法对不同平面尺寸双层柱面网壳进行多点输入与一致输入的对比分析,研究了一致输入下地震内力峰值不小于10 kN且行波效应系数不小于1.1的特殊杆件的分布规律。结果表明：特殊杆件主要出现在上弦纵杆中,改变结构平面尺寸会影响特殊杆件的数量和比例;当跨度达到60 m且长度达到90 m时,上弦纵杆中特殊杆件占比达到10%,继续增大结构长度会使特殊杆件比例增大,继续增加结构跨度则会使特殊杆件比例减小。可见,跨度60 m与长度90 m是需对此类结构上弦纵杆考虑行波效应的最小平面尺寸。     

杆件失效路径对网架结构抗火性能的影响

在正放四角锥网架结构抗火性能研究基础上,进一步分析两向正交正放网架、正放抽空四角锥网架和斜放四角锥网架在大空间建筑火灾中的热力耦合反应.基于有限元程序ANSYS建立网架结构上弦压杆应力比一致的结构分析模型,按温度增量加载的方法对网架结构热力耦合非线性反应进行了分析.结果表明,在大空间建筑火灾非均匀温度场中网架结构具有不同的杆件失效路径,正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架和斜放四角锥网架在各自的杆件失效路径下临界温度趋于一致;网架结构在火灾中产生适度数量的杆件破坏,可更大程度地释放附加温度应力,表现出结构具有较高的抗火承载力和临界温度;两向正交正放网架的水平支撑桁架体系的抗火承载力对结构的整体抗火承载力有较大影响.按上弦杆具有相同应力比的结构模型,分析得到的失效杆件是影响结构抗火承载力的关键杆件.上述结论可为进一步研究网架结构抗火设计方法提供理论依据.     

网架结构连续倒塌破坏模式及倒塌极限位移研究

基于网架结构的敏感性分析结果,模拟结构的连续倒塌破坏过程.采用基于位移响应的连续倒塌判别准则,确定了网架结构的两类连续倒塌模式:由于结构中部杆件失效引起的对称的连续倒塌破坏和由于支座附近杆件失效引起的非对称的连续倒塌破坏.分析了支承形式、厚跨比、跨度以及节点刚度对结构连续倒塌极限位移的影响,并通过与规范限值及文献试验结果的比较,验证了数值分析结果的正确性和合理性.结果表明,周边支承网架和点支承网架的抗连续倒塌性能较好,网架结构连续倒塌极限位移随网架厚跨比增大而增大、随跨度的增大而减小;当厚跨比为1/12的网架、跨度在48m~72m范围内变化时,与第一类倒塌破坏模式对应的极限位移在1/130~1/154之间,与第二类倒塌破坏模式对应的极限位移在1/108~1/120之间;节点刚接网架的倒塌极限位移小于节点铰接网架.     

大跨度斜拉立体桁架结构的竖向地震作用研究

本文采用梁单元、杆单元和索单元的混合有限元模型,对大跨度斜拉立体桁架进行了动力分析。首先,研究了结构的自振特性;然后,采用振型分解反应谱法和时程分析法分析了在竖向地震作用下,大跨度斜拉立体桁架内力系数的大小和分布规律,给出了竖向地震作用系数表,供工程设计人员参考。     

140m跨度预应力空间悬索桁架桥结构分析

某过河管道桥跨度140m,采用预应力空间悬索桁架的结构形式。结合工程设计实践,采用非线性有限元软件ANSYS对结构静力性能进行分析,确定结构布置方案;应用BlockLanczos法对索桁架桥进行自振特性分析,得到结构各阶频率和振型;应用非线性随机模拟风振分析法对结构方案进行整体分析得到全桥在脉动风荷载作用下的位移响应时程。计算结果表明,结构整体工作性能良好,承重索与抗风索的截面积对桥体动力稳定性均有较大影响。     

郑州奥体中心体育场钢结构设计研究

郑州奥体中心体育场为6万座大型体育场,体育场屋盖钢结构南北向约为291.5 m,东西向约为311.6 m,最大悬挑长54.1 m。屋盖钢结构由全球悬挑长度最大的大开口车辐式索承网格结构、双层网架、平面桁架和我国跨度最大的弧形三角形巨型桁架连廊4个部分组成。针对大开口车辐式索承网格结构,通过对静力性能的8项主要影响因素进行参数分析,获得优化的结构方案;借助几何和材料双非线性全过程分析确定内环杆为结构的稳定敏感区;结合屋面体型考虑极端气候下积雪的不利工况以保证结构的安全性;采用拆除构件法研究了结构抗连续倒塌的能力。针对三角形巨型桁架结构,采用三角形桁架上弦、双层网架下弦、内侧单层腹杆、外侧双层腹杆的布置,形成了中间开敞空间,满足建筑使用要求;采用多种工况综合考察巨型桁架的人致振动,设置调频质量阻尼器(TMD)实现有效减振。考虑施工过程时变的影响,结合BIM技术,形成了设计施工一体化技术。采用总装模型分析体育场钢结构的抗震性能,研究表明钢结构在多遇地震和设防地震作用下能保持弹性,在罕遇地震作用下可达到不屈服的性能目标,具有良好的抗震性能。     

减震与隔震网架结构地震响应分析

减震、隔震技术属于结构振动控制中的被动控制,这种技术相比其他具有成本低、便捷性、显著性等特点受到了众多建设者的青睐。针对网架结构特点,在网架结构中应用减震、隔震技术,以此来降低外部荷载对结构的损害是很有必要的。本文研究的网架结构位于青岛市,在新版地震区域划分中青岛地区的抗震设防烈度由6度区提升为7度区,因此对该地区结构进行抗震加固迫在眉睫。对其采用减震、隔震技术后,结构地震响应进行对比结果表明:减震和隔震技术可以有效的减小网架结构的地震响应,网架的抗震性能提升,能够满足7度设防区的抗震要求。     

大型空间网壳结构的动力特性分析

提出以有限元的方法，求解大型空间网壳结构的动力计算问题，采用SUPERSAP软件，结合时程分析法，通过完成长春市五环体育馆网壳结构抗震分析设计任务，从而得出了大型空间网壳这类结构的动力特性，以及在EL-centro地震波和人造地震波激励下的地震反应规律。另外，通过分析长春市五环体育馆在地震作用下的应力和位移规律，得出了这类结构的一般破坏原因，为今后这类结构的抗震分析设计提供了依据。     

某大跨网架结构屋盖隔震整体分析

本文在分析大跨空间网架自身结构特性的基础上,提出采用柱顶隔震方法作为该类结构的减震措施。研究了橡胶支座与滑移支座两类隔震装置用于网架结构柱顶隔震的工作机理,进而以某大跨网架结构为例,对具有不同自振周期的网架结构采用不同隔震装置在不同地震波下隔震效果进行了对比。结果表明:两类隔震支座在网架柱顶隔震中均有较好的隔震效果,相对橡胶支座而言,滑移隔震支座受结构动力特性与地震波输入的影响较小。     

一种纯张拉索网应力承载的玻璃幕墙形式研究

太仓文化艺术中心工程采用的是直接张拉索网应力承载的玻璃幕墙,无钢桁架,将新设计的组合夹具固定在索桁架上的点式全玻璃幕墙。索桁架是跨越幕墙支承跨度的重要构件,索桁架悬挂在支承结构上,它由按一定规律布置的高张拉强度的索及连系杆组成,索桁架起着形成幕墙系统,承担幕墙荷载并将其传至支承结构的任务,空间效果好,施工方便,技术成熟,利于建筑师表现各种创意造型。     

阻尼减振及预应力在合肥体育中心综合馆中的应用

合肥体育中心跨度大、造型独特,对结构设计提出了一些特殊要求,如大平台的抗裂,大悬挑钢结构风振的被动控制、大跨预应力钢桁架的设计及如何实现钢结构的轻巧等。在网架开口边的桁架梁里设置阻尼器,减弱由于风振引起的效应,减小了开口边的厚度。经过计算及试验,在风荷载作用下能减少35%的位移。在屋脊主桁架中施加预应力,有利于钢结构的施工起拱,加大了屋盖刚度,减小了弦杆管径及壁厚,降低了用钢量。介绍了合肥综合馆的基础设计、混凝土主体设计、风洞试验及大跨空间钢屋盖的设计。     

圆形煤场球壳钢网架高空散装法施工技术

某电厂圆形煤场球壳钢网架工程采用高空悬挑散装法施工,阐述高空悬挑散装法的施工原理,克服结构杆件多、节点多、大跨度钢结构运输及吊装的困难,着眼于钢网架材料加工、焊接质量、网架底座分段吊装、自制拔杆散装、每圈散装拼装钢网架累计误差等,并运用先进的检测手段对钢网架的挠度进行检测,经过精心施工并成立QC小组实施质量控制,各项施工技术指标均符合设计和相关规范的要求。     

网架焊接球铰固定装置研究

在大跨度钢结构网架施工中,网架焊接的质量对网架结构的力学性能及安全等方面起着重要的影响作用.对于工程施工过程中单个正方四角锥网架单元,现今并没有完全固定、统一化的焊接施工方法.本研究所采用的球铰固定装置由底部支撑、跨间调整杆、跨间调整轴、中间调整杆、上部球铰支撑及上部杆支撑组成,通过调节各球铰间距对其承托的空心钢球与圆...