体育场马鞍面单层索网屋盖结构方案分析

为满足某体育场屋盖采用马鞍面单层索网结构的需求,提出轮辐式单层索网结构和无内环单层索网结构两种方案。基于方案的外形、构件和节点设计信息,比较两种方案下的拉索、索端锚具和大型索夹节点用量等经济指标。利用有限元分析软件Midas/Gen建立模型,分析两种方案在静力荷载作用下的位移和索力,对比两种方案的结构整体刚度、索力大小和索力分布均匀性。利用有限元分析软件Ansys/Ls-dyna建立模型,采用拆除构件法分析两种方案断索后的动力响应,研究两种方案抗连续倒塌性能。结果表明：无内环方案的拉索、索端锚具、大型索夹节点用量均显著少于轮辐式方案的,经济性更好;无内环方案的刚度较大,整体性好,索力较小且索力分布更均匀;无内环方案断索后仍保持形状稳定且索力损失不明显,抗连续倒塌性能更好。     

Analysis on single-layer hyperbolic cable net structure schemes of stadium roof

为满足某体育场屋盖采用马鞍面单层索网结构的需求，提出轮辐式单层索网结构和无内环单层索网结构两种方案。基于方案的外形、构件和节点设计信息，比较两种方案下的拉索、索端锚具和大型索夹节点用量等经济指标。利用有限元分析软件Midas/Gen建立模型，分析两种方案在静力荷载作用下的位移和索力，对比两种方案的结构整体刚度、索力大小和索力分布均匀性。利用有限元分析软件Ansys/Ls-dyna建立模型，采用拆除构件法分析两种方案断索后的动力响应，研究两种方案抗连续倒塌性能。结果表明：无内环方案的拉索、索端锚具、大型索夹节点用量均显著少于轮辐式方案的，经济性更好；无内环方案的刚度较大，整体性好，索力较小且索力分布更均匀；无内环方案断索后仍保持形状稳定且索力损失不明显，抗连续倒塌性能更好。     

大跨度单层索网索膜结构施工技术研究与应用

苏州工业园区体育中心体育场工程采用国内最大跨度轮辐式单层索网索膜加压环梁加V形柱的结构形式,施工过程中可供参照的相关经验不多。结合施工实际,通过对体育场屋盖大跨度单层索网索膜结构的V形柱柱脚、屋面大型钢结构、体育场索结构、膜结构及屋盖钢结构健康监测等内容的施工技术研究,保证了工程的顺利施工,为类似工程提供了借鉴。     

索桁架结构体系找形分析的节点位移法

平面索桁架以及南平面索桁架组成的空间索桁结构是一种应用广泛的柔性结构,它依靠拉索的张力提供刚度.寻找柔性结构合理的预应力分布以达到建筑造型和力学性能的要求是其找形分析的主要目的.与索穹顶结构、单层索网结构相比,索桁架的拓扑关系更加简单明确.力密度法、动力松弛法等一般用于解决单层索网等结构由给定预应力确定初始位形的问题,且难以直接应用在通用有限元软件中(如ANSYS).如果套用索穹顶、单层索网等的找形方法(如力密度法、动力松弛法等)进行找形,则无法直接运用通用有限元软件进行分析.本文依据索桁架结构体系简单明确的拓扑关系,发展了一种通过给节点施加位移进行迭代计算的非线性有限元找形分析方法,该方法不同于单层索网或膜结构找形的小杨氏模量法.本方法求解速度较快,结果较为准确,同时便于在现有的通用有限元软件中应用.     

三亚国际体育产业园体育场钢结构设计

三亚国际体育产业园体育场钢结构体系由外侧钢结构、轮辐式索桁架结构、屋顶膜结构组成.介绍了体育场钢结构各组成部分的结构体系、支承条件及连接关系,重点阐述了钢结构体系的设计难点及解决方案.设计了一种铰接柱支承的水平桁架结构,通过水平环桁架整体作用减小了环梁截面.设计了碳纤维增强复合材料拉索(CFRP索)组成的轮辐式索桁架结构,减轻了悬挑端自重,减小了交叉索对环索内力的影响,降低了索夹承受的不平衡力.对索膜结构形态进行了分析,实现了索桁架结构初始态位形与目标建筑几何相一致.研究了钢结构体系的整体稳定性能和各种荷载作用下的极限承载能力,结果表明钢结构整体稳定性能满足要求.研究了个别拉索发生偶然断索情况下钢结构体系的抗连续倒塌性能,结果表明断索不会引起连续断索导致结构倒塌.分析了不同施工安装次序对外侧钢结构内环梁稳定性的影响,通过屈曲分析得到内环梁计算长度,用于施工过程稳定验算.此外还介绍了关键节点设计.     

全张力结构—索桁架施工实践

针对乐清体育中心体育场索桁架施工过程,对索网体系的组装、牵引、安装、张拉等进行了详细介绍,并对预应力拉索在张拉过程中结构的反应进行了分析,并以此为依据进行了监控,指出施工监控结果与计算理论值较吻合,圆满完成了索桁架施工。     

轮辐式交叉索结构构形研究及其预应力态分析

以传统轮辐式索结构为基础,提出一类轮辐式交叉索结构,该类结构由双层外环压梁、双层内环拉索、内环撑杆、径向交叉布置的径向承重索、径向稳定索及它们之间的联系索杆组成。采用径向索交叉布置的新形式可减小结构层高度,改善结构整体抗扭刚度,同时形成的“空间谷脊效应”便于屋面组织排水。根据内环撑杆布置方式的不同,轮辐式交叉索结构又可分为竖撑杆型和人字撑杆型两种不同构形的轮辐式交叉索结构。基于节点平衡方程,对提出的两种轮辐式交叉索结构进行预应力态分析,推导出轮辐式交叉索结构预应力态内力的计算公式。此外还将轮辐式交叉索结构的预应力态受力特性与传统轮辐式索结构进行对比,并考虑不同内环结构高度、内外环几何中心高差等几何参数下结构的自应力分布情况。结果表明,轮辐式交叉索结构具有结构高度低、结构刚度大、受力合理等特点,在大型体育场等建筑中有很好的工程应用前景。     

大连梭鱼湾专业足球场结构计算与分析

大连梭鱼湾专业足球场主体结构采用钢筋混凝土框架结构,罩棚索桁架结构为轮辐式上斜交下径向双层索网体系,索桁架外侧支承于钢压环,内侧设置索拉环,拉环内侧设置钢挑棚,屋盖膜结构采用张拉膜结构体系。外幕墙采用钢桁架+交叉索网支承单层ETFE膜体系。根据整体结构体系特点和构件的重要性,制定了合理的抗震性能目标,通过抗震性能化设计使结构达到预期的结构性能目标,满足相关规范要求。针对本工程复杂多结构体系特点,结构设计时进行多软件、多模型计算分析,对结构进行抗风荷载、抗雪荷载、抗温度作用、抗震等计算分析,以控制结构变形及承载力,确保结构设计安全合理。     

巨型钢框架—索支撑结构中索突然失效的响应

针对巨型钢框架—预应力索支撑结构中拉索突然失效的响应过程这一传统有限元法难以解决的强非线性问题,采用自编向量式有限元程序模拟了典型巨型钢框架—预应力索支撑结构中索从静止到突然断裂的全部动态过程,并与有限元软件ANSYS计算的结果比较,结果表明,断索后结构水平位移主要因侧向刚度突变产生,索卸载冲击的动效应对位移影响不明显,但对内力影响很大,个别构件动内力可达静止后的近两倍。结构内力重分布情况随断索位置不同有很大差别,设计时应考虑不同的预应力荷载组合。     

点支式幕墙索支承体系的性能研究及工程应用

双向交叉索桁架体系和单层正交索网体系是最为常用的两种点支式玻璃幕墙支承体系。在小挠度弹性范围推导了单榀索桁架初始刚度和松弛荷载的表达式,并用有限元算例进行了验证。研究了由单榀索桁架交叉布置形成的双向交叉体系的力学性能,以及单层正交索网的受力特点。将以上研究成果应用于天津泰达市民文化广场玻璃幕墙支承体系的设计中,介绍了该体系的基本单元及构造设计,建立了考虑施工过程的有限元结构分析模型,研究了其垂直面的静、动力性能,证明了文中的设计对于提高幕墙支承体系的安全性和使用性具有较好的作用。     

议悬索结构之索桁架及应用

从悬索结构的分类开始,重点介绍了悬索的原型、性状特点及悬索结构的主要形式、索桁架的含义及分类等,通过工程实例深入探讨了索桁架的应用,比较分析了索桁架与索支柱、索桁架与鱼腹桁架,从而提高人们对索桁架的认识。     

悬索结构计算中的关键问题探讨

总结了目前索系结构分析中应用的索单元有限元模型的种类及其优缺点，通过不同类型的单元对小垂度和中等垂度的悬索问题进行了分析。结果表明，中等垂度内的悬索结构使用直线型单元进行分析可以满足工程要求，使用高精度单元意义不大。     

采用定长索设计的肋环型索穹顶结构索长误差影响的试验研究

在国内建成的肋环型索穹顶结构中,多采用调节索长以控制结构性状(力态与形态)的施工方法,而国外更多采用定长索设计与施工。定长索设计是将索头设计为不能调节长度的形式,通过精确设计和控制各索的制作长度,在现场直接张拉到位,不需要反复调节索长,节省人力物力。使用定长索设计与施工,需要首先了解张拉结构中不同索的索长误差对其整体结构预应力态和荷载态的影响,进而依据相关理论确定索长误差控制值。文中针对索长误差的敏感性,设计一个平面为矩形的肋环型索穹顶结构模型,通过试验研究初始索长误差对预应力态的影响,比较不同索的索长误差影响范围及大小的不同,并试验初始索长误差影响与预应力水平的关系。在此基础上,通过试验研究不同荷载工况下初始索长误差对结构荷载态的影响,并进行对比。最后,比较预应力态不同,初始索长误差发生位置不同时,初始索长误差对荷载态的影响。研究成果对索穹顶结构的设计与施工张拉有指导作用。     

索穹顶结构施工动态模拟

内蒙古伊旗全民健身体育中心屋顶采用大跨度索穹顶结构,其施工精确模拟难度较大。针对工程施工方案,采用机械多刚体系统动力学分析方法,实现了对索穹顶结构整个施工过程的动态模拟。该施工模拟技术的特点是能获得在整个仿真时间段内所有构件的位置、速度、方位和内力值随着时间的连续变化曲线,即每一时刻整个结构体系的形状和预应力分布,可以检验是否有力学指标突变或机构锁死的问题。通过动态模拟结果和现场监测结果的对比分析,证明了该施工模拟技术的正确性。     

混凝土自锚式悬索桥动力特性分析

以一混凝土自锚式悬索桥为工程背景,利用大型有限元软件MIDAS／Civil建立其空间有限元分析模型,并计算了结构前10阶振型的频率及其形状,最后探讨了混凝土自锚式悬索桥动力特性的特点,从而为悬索桥动力分析积累经验。     

斜拉桥无应力索长计算讨论

以唐山曹妃甸1号桥为工程背景,对规范公式的适用性、符号的取值、温度对索长的影响等问题做了讨论,得出了在设计温度下得到的无应力索长比较准确,由温度引起的索长变化在锚杯的可调范围之内的结论,提出了实际工程中不要一次性制作所有拉索的建议。     

刚性索动力学系统的约化与索力测量

为解决索力动测中弯曲刚度的耦合影响问题,研究刚性索动力学系统的约化及相应的索力算法。对系统时间和空间进行坐标缩放,建立新时空坐标体系,使原方程约化为最简形式——所有系数均为1或-1,得到频率比互等关系;求解新坐标下的动力学方程,导出固支条件下的频率方程,分析其频率-梁长和频率比-梁长函数特性,提出基于频率比互等关系的双频式索力算法。给出两组10个算例均与现有文献吻合良好。研究表明:系统频率在新坐标下仅由单一参数决定;双频式算法可将索力测量的双参数反问题转化为单参数反问题,实现对索力和弯曲刚度的解耦;与其他方法相比,该方法有两个特点:(1)两个无量纲参数均具有明确的意义,便于工程人员掌握;(2)参数区间不受限,不需要对参数区间进行预判或近似处理。     

弦支网壳结构中预应力拉索索力识别研究

以山西体育中心游泳跳水馆屋盖结构为例,对其预应力拉索索力识别进行了分析与计算,在实测索段自振频率的前提下,利用三种公式进行计算,对各公式的精度进行了比较与验证,为索力监测提供工程数据与实践依据。     

斜拉索测试分析

介绍了斜拉索索力测试的方法,阐述了用频率法测量索力的原理,分析了频率法测量索力的影响因素,指出应重点关注拉索的垂度、抗弯刚度、减震器、测量条件和温度对索力的影响,同时注意索力之间的相互影响对桥梁索力分布的影响。     

考虑边界弹性约束的索力动力检测理论与试验研究

为了提高索力动力检测精度,考虑索的垂度、抗弯刚度和边界弹性约束等因素建立数学物理模型,给出索频率方程的无量纲形式,研究各因素对索力动力检测的影响。结果表明:索的垂度只影响奇数阶频率,采用偶数阶频率进行索力检测可以忽略索垂度的影响;对较短或索力较小的索,索的抗弯刚度和边界条件对索力动力检测的影响不可忽略,索的抗弯刚度越大,边界条件的影响越大。以索力动力检测理论为基础,假设不同边界条件下的索力识别公式具有相同形式,导出了考虑索的抗弯刚度和边界条件对索力动力检测影响的实用计算公式。通过试验验证了实用计算公式的精确性和实用性。