开合屋盖结构动力特性研究

开合屋盖结构属于复杂多重子结构体系,其动力特性非常复杂,活动屋盖在竖向地震作用下的响应远大于根据《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)得到的结果。以国家网球馆(钻石球场)为例,对开合屋盖结构的振型模态与自振周期进行了深入分析,研究了质量参与系数的分布规律。高阶振型对开合屋盖结构动力响应的影响很大,尤其对于竖向地震作用,高振型起主要控制作用。在模态阻尼比的基础上,提出根据质量参与系数加权平均得到的一致阻尼比,物理意义明确,便于工程应用。计算分析表明,采用一致阻尼比算法得到结构各部位的内力及位移与按照模态阻尼比法的结果非常接近。     

大跨度开合网格结构的动力相互作用分析

以一种新型的大跨度空间开合网格结构为对象,研究了该结构不同开合状态下的动力特性,采用时程分析法研究了该结构动内力、地震应力系数变化规律;并与非开合结构进行了对比分析,研究了地震作用下动力相互作用的影响。研究结果表明,开合结构的整体刚度尤其是竖向刚度较非开合结构略小：开合结构的可动屋盖在不同位置对开合结构的自振特性有一定的影响。     

某大跨度可开合空间网架屋盖结构抗震分析

针对某大跨度可开合空间网架屋盖,根据开启方式不同,结构基本状态共6种,结构处于任何状态时都有可能遭遇地震作用.对结构多种基本状态的抗震性能及地震作用下的抗连续倒塌性能进行分析.采用反应谱法对不同状态结构在地震作用下的响应进行计算,确定开合屋盖最不利状态.对开合屋盖最不利状态在Hollywood Storage地震波作用...     

基于复阻尼假定的不同材料阻尼特性混合结构抗震分析复模态叠加法

寻求合理高效的方法求得不同材料阻尼特性混合结构的地震作用及其效应是工程抗震界较为关注的问题之一。目前,用于计算不同材料阻尼特性混合结构地震作用效应的复模态叠加法和直接积分法都是基于黏性阻尼假定推导而来。黏性阻尼假定存在能量耗散与激振频率有关的缺陷,导致结构高频模态地震作用效应偏小,且阻尼矩阵与复模态分析结果相互影响,计算结果不唯一,合理性不易被判定。复阻尼假定避免了黏性阻尼假定的不足,但通常求得的地震作用效应为复数,不便于工程应用。为此提出一种基于复阻尼假定的复模态叠加法,直接在物理空间中求解,计算结果唯一,比基于黏性阻尼假定的复模态叠加法计算效率更高。与运用本文方法计算的地震作用效应结果相比,广为采用的折算阻尼比方法计算结果是不合理的。此外,给出了基于复阻尼假定的计算模态有效质量系数的方法,可用于确定合理的叠加模态个数。     

大跨度钢屋盖与底部混凝土混合结构工程分析

对底部为混凝土结构上部为大跨度钢屋盖结构的混合结构体系的整体建模与计算方法进行了论述。通过工程实例,论述了地下室与上部结构共同作用分析的方法;对比了采用单一阻尼比与采用应变能阻尼比下结构的地震响应;论述了上部大跨度钢屋盖与混凝土相接处弹性支座的模拟与滑移验算方法。解决了大跨度钢屋盖与底部混凝土混合结构整体分析的关键技术问题。     

开合屋盖结构设计关键技术研究

结合作者完成的开合屋盖工程设计经验,对开合屋盖结构设计的关键技术进行了较为全面的论述。屋盖的开合方式应根据建筑方案、使用功能、自然条件、运营管理等因素综合确定,应明确规定活动屋盖开合的基本状态;从结构安全与经济性的角度来看,将抵抗荷载与作用最有利的活动屋盖位置作为基本状态较为合理;活动屋盖应采用整体刚度较小、对边界条件不敏感的柔性结构,对安装误差与结构变形具有较大的适应能力;固定屋盖,尤其是轨道桁架应具有较大的刚度,并严格控制施工精度;活动屋盖位于全开、半开及全闭三种状态的荷载取值存在很大差异,需要分别进行计算分析;应考虑活动屋盖与固定屋盖之间的相互作用,轨道桁架、台车及连接部件应在罕遇地震作用下保持弹性;在活动屋盖处于非基本状态或行走过程中,地震作用可适当折减;应通过对多种驱动方式进行技术经济比较,确定活动屋盖开合驱动与控制系统,系统应便于操作与维修,驱动控制系统的维护管理工作对保证活动屋盖运行的可靠性与耐久性非常重要。图15表2参19     

开合屋盖结构变形及振动特性的模型试验研究

由于对自动化开合的要求,移动式开合屋盖通常需要引入机械系统、运行控制系统,使得整个结构成为一个较为复杂的耦合系统。以贵阳西南国际商贸城一期工程天窗开合屋盖为研究对象,建立该开合屋盖结构1∶10缩尺的物理模型,通过开展不同条件下的物理模型试验来研究该屋盖结构在运行状态下的变形及振动特性。试验结果表明:随着外部荷载的不断增加,结构变形也在不断地增大;但是屋盖结构的变形量值较小,基本处于线弹性范围之内,试验变形与弹性理论计算结果较为吻合。同时屋盖结构的振动加速度随着荷载的增大而增大,并且在屋盖启动、刹车或转向时,结构振动加速度有明显的突变效应。     

旋转开合屋盖体系运动全过程协同分析

旋转开合屋盖与支承结构之间相互作用明显，需要对两者进行协同分析。为了开展不同开合程度下和运动全过程中旋转开合屋盖与支承结构间的协同分析，提出了基于有限质点法的旋转开合屋盖体系协同分析方法。该方法可以同时考虑旋转开合屋盖与支承结构之间的接触碰撞与摩擦，以及驱动荷载的作用，并采用对称结构分析模型简化以提高求解效率。采用该方法对杭州奥体网球中心旋转开合屋盖体系进行了协同分析，结果表明：该方法可以较好地反映旋转开合屋盖体系不同开合程度下和运动全过程中的结构响应；相较于开启状态，该结构在闭合状态下受力更为不利；在运动全过程中，轮轨间相互作用致使振动，动力效应不可忽视；运动速度越大，结构响应振动越明显，应根据运动速度选取合适的自重荷载增大系数。     

国家网球馆“钻石球场”开合屋盖结构设计

国家网球馆是一座带有开合屋盖的现代大型体育场馆。在设计中提出开合屋盖的性能指标与设计荷载取值方法。屋盖开合状态对风荷载敏感,需要通过风洞试验确定风压分布与脉动特性。活动屋盖运行过程中台车反力不断变化,需要通过对其移动过程分析,找出最不利位置。研究了各种开合位置的结构动力特性,采用时程法与振型分解反应谱法分析活动屋盖在多遇地震作用下的响应。此外,在活动屋盖移动对固定屋盖轨道桁架变形影响分析的基础上,提出一种适用于圆形平面带矩形洞口结构的起拱曲面方程。     

开合屋盖结构设计荷载取值研究

开合屋盖是一种较为新颖的结构形式,国内外尚无相应的结构设计规范。在国内外开合屋盖结构工程经验与相关研究成果的基础上,并结合工程实践,对开合屋盖结构设计荷载取值方法进行了较为全面的论述。开合屋盖结构需要对全开、全闭及运行过程状态分别进行计算分析,且应考虑出现故障时活动屋盖可能处于非对称状态等不利位置。积雪荷载对结构设计的合理性与活动屋盖的运行均有很大影响。当屋盖处于全开状态时,屋顶洞口周围的脉动风压将显著增大。提出了确定结构设计温差的计算方法,并分析了温度对驱动控制系统可能产生的不利影响。引入了有效使用年限的概念,对活动屋盖处于非基本开合状态与运行状态的地震作用可进行适当折减。应注意台车驱动系统的转向轮、端止缓冲器等对固定屋盖的集中反力作用。     

混合结构工业厂房阻尼比的计算方法比较

以应变能阻尼法为基础,提出确定混合结构工业厂房抗震设计阻尼参数的多振型综合阻尼比方法,相对于传统方法,其具有更高的精度和适用性。分别采用多振型综合阻尼比法、强迫解耦法、非比例阻尼法形成混合结构的阻尼矩阵,基于反应谱方法和时程分析方法,对主厂房模型的地震反应进行对比分析,其中非比例阻尼模型采用复振型分解法进行分析。结果表明:采用多振型综合阻尼矩阵得到的结构变形响应与非比例阻尼矩阵的计算结果较为接近,且设计内力偏于安全。建议对混合结构工业厂房进行地震反应分析时,在条件许可的情况下,宜采用复振型分解法,在条件不许可的情况下,宜采用多振型综合阻尼比法。     

空间管桁架屋盖结构抗震性能分析

通过有限元软件SAP2000对某体育馆的钢管桁架屋盖进行分析研究,着重对其自振特点进行分析,进而研究屋盖整体结构在地震作用下的抗震特性,结果表明：钢管桁架屋盖结构的自振特性比较复杂,高阶振型是抗震分析时需考虑因素之一,水平地震作用下屋盖结构反应不明显,结构具有较好的刚度。     

某可开合大跨屋盖风压特性试验研究

对一座可实现连续开启的大跨结构开合屋盖进行了4种开启状态下的风洞测压试验,详细研究了屋盖的风压特性。结果表明:屋盖完全开启会增大整体活动屋盖向上的平均风荷载,使其表面负风压区发生偏移,有效地降低固定屋盖的平均风压;整体屋盖测点风压非高斯特性随着屋盖完全开启趋于集中;三参数伽马和高斯分布能很好地描述开合屋盖表面风压概率特性;Sadek-Simiu法计算的峰值因子能更为安全地估计具有非高斯特性测点的极值风压;屋盖开启会增大活动屋盖凸起部位极值负风压,减弱固定屋盖极小值风压。     

大剧院上下结构共同工作对钢屋盖抗震性能影响分析

河南艺术中心大剧院是屋盖为81m×108m大跨度钢结构,下部由主台、后台、观众厅三个混凝土结构单元组成的复杂结构体系。采用仅考虑上部钢结构、上下结构共同工作的整体结构、改变上下结构连接的滑动支座约束刚度等不同结构计算模型,进行小震作用反应谱分析、大震作用动力弹塑性时程分析。结果表明,下部结构刚度以及支座约束刚度对屋盖钢结构自振周期、地震作用总水平剪力、水平位移、支座反力影响均超过10%;在罕遇地震作用下对结构塑性铰分布有明显的影响。屋盖钢结构抗震安全性能设计应考虑上下部共同工作影响。     

大跨度可开合空间网架屋盖风致效应

大跨度屋盖结构作为风敏感性较强的结构,风荷载是其控制荷载之一,可开合屋盖由于外形和结构的多变性,其风致效应更为复杂.以某大跨度可开合空间网架屋盖结构为研究对象,利用刚性测压风洞试验实测了屋盖内外表面的风压系数,对比了开合状态下屋盖表面风压的分布特征.基于本征正交分解(POD)及瞬态动力有限元分析,得到屋面节点的位移响应...     

混凝土房屋钢结构加层抗震分析

对原钢筋混凝土结构进行钢结构加层后就组合成了由2种不同阻尼比的材料组成的混合结构,构成了非比例阻尼的结构体系.文中采用平面弹塑性时程分析软件NDAS2D,对钢筋混凝土框架顶部加2层钢框架的结构进行考虑非比例阻尼特性的弹性时程直接动力分析,并在此基础上讨论了不同阻尼比和不同刚度对整体框架抗震性能的影响.计算表明,"鞭梢效应"是由于钢框架刚度和阻尼突然减小2个原因引起的,忽略其中任何一个都不能准确计算结构的位移和内力,从而给设计带来安全隐患.     

大型开合屋盖系统设计与施工的相关性

结合我国第一个大型开合屋盖———江苏南通体育场开合屋盖,介绍了机械开合系统的组成及功能,对行走于空间六轨圆弧上的开合屋盖结构,在设计与施工阶段对影响顺利开合的因素进行了深入分析,提出了设计阶段的钢结构间的刚度匹配原则、以及钢结构与机械系统间的参数匹配原则,施工阶段的适应性施工措施。通过计算分析、交互式设计方法、结构预变形、预留调整措施等,保证了开合屋盖结构最终施工调试的成功。     

玻璃天窗开合屋盖结构拼装定位控制及施工监测研究

玻璃天窗开合屋盖结构是未来商业建筑的一种重要发展趋势,本文结合贵阳市西南国际商贸城玻璃天窗开合屋盖结构施工与监测,介绍了玻璃天窗异于其他开合屋盖结构体系的特点。由于其屋面材料具有自重大、易劳损的特点,玻璃天窗开合屋盖结构的制作、拼装和定位直接影响到开合机械运行的安全和稳定,故此类玻璃天窗开合屋盖结构的拼装和定位要求具有更高的安装精度。本文对玻璃天窗开合屋盖结构的构件制作、工艺流程及控制要求、屋盖结构支座定位、钢结构箱梁拼装及吊装方法、玻璃天窗网架及轨道安装方法等关键技术进行了总结。同时,还对工程现场的屋盖体系在不同受力工况和运行状态下振动信号和振动频率进行了监测研究,分析结果表明此项目开合屋盖拼装定位控制的施工方法和工艺流程完全能达到开合机械运行的精度要求,确保了玻璃天窗开合屋盖体系的安全和稳定,也为其他同类工程的玻璃天窗开合屋盖结构拼装定位控制及施工提供了参考依据。     

上海旗忠体育城网球中心开合屋盖导轨的风荷载

在分析上海旗忠体育城网球中心开合屋盖静动力风荷载的基础上,本文重点研究了屋盖导轨在风载下的支反力.屋盖静力风载由数值风洞模拟得到,屋盖叶片平均风升力值与风洞试验结果进行了比较,两者结果基本一致;细致分析了在不同开合状态和不同风向下导轨支撑点处支反力的变化规律,给出了不同状态下导轨四个支撑点处的支反力,为导轨抗风设计提供依据.     

混合结构设计中钢平板支座的模拟

目前中小型网架屋盖混凝土框架混合结构在设计时对网架支座的模拟尚存在一些疑虑。通过ANSYS软件计算中小型网架常用钢平板支座的水平刚度,建立网架-弹簧支座-框架、网架-短钢柱-框架整体模型,对模型进行模态和反应谱分析,对比模型的自振特性、位移和内力,得出在中小型网架屋盖混凝土框架结构设计中,钢平板支座水平刚度的变化对混凝土框架自振特性和小震下抗震性能的影响不大,并给出了混合结构设计中钢平板支座模拟方法的建议。