钢结构雨篷静力动力分析

通过某具体工程,利用ANSYS研究了静、动荷载作用下钢结构雨篷的力学性能,基于这种结构的非线性特征,并且考虑风与结构的耦合作用,对结构的选型、网格的划分及节点构造设计等问题进行了其强度、变形及稳定性分析,以推动钢结构雨篷的发展。     

悬挑雨篷的风荷载计算探讨

准确合理地进行风荷载分析计算,是雨篷设计的关键环节,对于控制投资,确保安全,十分重要。现行的荷载规范没有完全涵盖雨篷承受风荷载的各种情况,亦不能完全反应雨篷的实际受力。本文通过一个马来西亚钢结构雨篷的风荷载分析,并参考国内外荷载规范,对雨篷的风荷载计算有关的体型系数等参数进行探讨,供设计人员进行雨篷风荷载分析计算时参考。     

秦皇岛体育场膜结构挑篷的抗风分析与设计

结合秦皇岛体育场膜结构挑篷的风洞试验研究,以挑篷上的典型膜面的风荷载特性和风荷载响应为研究对象,直接采用风洞试验测量所得到的风荷载数据,对膜面进行了详尽的静力风荷载响应分析和非线性风振响应分析;试验结果分析表明,挑篷前缘膜面的负压风荷载数值最大,是膜结构挑篷设计的控制荷载。非线性分析表明,通过设置抗风索可以有效提高膜结构的抗风性能;膜面的风振动力效应并不显著,可以近似采用阵风系数来考虑脉动风的瞬时增压作用。这些结果可为类似结构的抗风设计提供参考。     

风荷载与地震耦合作用下超高层建筑的结构损伤与玻璃幕墙坠落研究

超高层建筑服役周期长,在其全寿命周期内有可能遭受风和地震同时作用,需针对主体结构和玻璃幕墙受风、地震单独和耦合作用进行研究。基于结构高度为300.5 m超高层框架-核心筒结构,依据相关规范要求建立主体结构与玻璃幕墙整体有限元分析模型,根据场地条件选取3组三向地震动记录,并通过已完成的1∶440缩尺模型风洞试验获得10、50 a和100 a重现期的风压时程。采用非线性时程分析方法,研究风荷载、地震单独与耦合作用对主体结构和玻璃幕墙受力性能的影响。结果表明：玻璃幕墙对主体结构的影响较小,而主体结构对玻璃幕墙的影响则较大,其变形超过玻璃幕墙由荷载直接作用所产生的变形。在风荷载或地震单独作用下,主体结构的非线性响应和玻璃幕墙的破坏情况均随荷载强度增大而增大;在地震作用下,主体结构进入非线性状态后,结构顶点位移和层间位移角的增幅超过基底剪力的增幅,但低于峰值加速度的增幅;在风荷载作用下,主体结构处于弹性工作状态,基底剪力和倾覆弯矩随风压增大呈线性增长,但因变形响应特性不同,变形产生非线性增长,结构扭转效应增大;在风荷载与地震耦合作用下,主体结构和玻璃幕墙的非线性响应超出风荷载或地震单独作用的简单叠加,结构变形为单独作用简单叠加值的110%~134%。结构刚度变化较大的加强层及其邻近1~2层,侧风面负风压较大,玻璃幕墙容易破坏而坠落,设计时需注意加强。     

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。     

浦东国际机场T2航站楼钢屋盖设计研究

建设中的浦东国际机场T2航站楼采用了Y形柱支承的多跨连续张弦梁这一新型的结构体系,为确保该结构的安全、合理、经济,采用模型风洞试验、数值风洞模拟和等效静力风荷载计算等方法确定屋面风荷载分布和大小,进行了考虑材料非线性和几何非线性的弹塑性整体稳定性分析及动力弹塑性时程分析,以研究钢屋盖的整体受力性能。对一些创造性应用的节点,同时进行了足尺试验和有限元分析。研究结果表明,这一新型结构体系在本工程中的运用是合适和成功的。     

新型整体折叠框架式帐篷结构足尺试验研究

本文进行了新型整体折叠框架式帐篷结构在雪荷载和风荷载作用下的足尺静力加载试验。结果表明在雪荷载和长轴方向风荷载作用下,结构变形与构件内应力均较小。在横轴方向风载作用下,结构产生的横向水平变形较大,结构应力呈反对称分布,应力峰值出现在斜柱中段。由于节点区间隙的影响,持续强风荷载作用下结构产生内力重分布。研究结果可为此类结构的改进与理论分析提供依据。     

薄膜结构的非线性风振响应分析

根据薄膜结构的受力特点,发展建立了一种适合大型薄膜结构非线性风振响应计算分析的方法,并编制了相应的程序。该方法不仅考虑了结构本身的非线性特性,而且考虑了风与结构的耦合作用及风荷载竖向分量的影响,解决了薄膜结构计算中的一个关键问题、难点问题,为结构设计奠定了基础。     

Study on structural damage and falling of glass curtain wall of super high-rise building under coupling action of wind and earthquake

超高层建筑服役周期长，在其全寿命周期内有可能遭受风和地震同时作用，需针对主体结构和玻璃幕墙受风、地震单独和耦合作用进行研究。基于结构高度为300.5 m超高层框架-核心筒结构，依据相关规范要求建立主体结构与玻璃幕墙整体有限元分析模型，根据场地条件选取3组三向地震动记录，并通过已完成的1∶440缩尺模型风洞试验获得10、50 a和100 a重现期的风压时程。采用非线性时程分析方法，研究风荷载、地震单独与耦合作用对主体结构和玻璃幕墙受力性能的影响。结果表明：玻璃幕墙对主体结构的影响较小，而主体结构对玻璃幕墙的影响则较大，其变形超过玻璃幕墙由荷载直接作用所产生的变形。在风荷载或地震单独作用下，主体结构的非线性响应和玻璃幕墙的破坏情况均随荷载强度增大而增大；在地震作用下，主体结构进入非线性状态后，结构顶点位移和层间位移角的增幅超过基底剪力的增幅，但低于峰值加速度的增幅；在风荷载作用下，主体结构处于弹性工作状态，基底剪力和倾覆弯矩随风压增大呈线性增长，但因变形响应特性不同，变形产生非线性增长，结构扭转效应增大；在风荷载与地震耦合作用下，主体结构和玻璃幕墙的非线性响应超出风荷载或地震单独作用的简单叠加，结构变形为单独作用简单叠加值的110%~134%。结构刚度变化较大的加强层及其邻近1~2层，侧风面负风压较大，玻璃幕墙容易破坏而坠落，设计时需注意加强。     

服役风荷载作用下架空地线的性能研究

为了研究服役风荷载作用下架空地线的性能,首先基于有限元理论建立架空地线非线性有限元模型。进一步的建立了架空地线的风荷载模型及其风致响应非线性分析计算方法。分析表明:风荷载作用下各层单股线的张力和总张力相比,具有基本相同的变化趋势,各股线张力与总张力之间呈现线性关系。风荷载作用下,地线各层股线张力非常接近。     

钢塔的非线性动力分析

本文提出的非线性动力分析方法适用于高耸钢塔在强风下的变形及极限承载力计算。它综合考虑了结构位移,P-⊿效应、杆件初弯曲、钢材弹塑性等多种非线性因素的影响,并可进行随机动力分析。计算速度亦比一般确定性的非线性动力分析方法快。本方法得到了钢塔模型非线性静力及动力实验结果的较好验证。通过对滨海电视塔所作的强风下的非线性动力分析,提出了一些对工程设计有参考价值的观点。     

带索高耸结构风振的合理分析和实用方法研究

顺风向风振是随机振动 ,而索在其上作用风力时是非线性 ,因而带索的高耸结构风振是非线性结构的随机振动。本文在评述非线性结构的随机振动分析方法的基础上 ,提出较合理的分析方法和索上风力团聚在两端的线性化的实用方法。例子计算表明 ,提出方法简便又合理 ,可供应用参考。     

CFRP索与钢缆索大跨度悬索桥静风稳定性分析

采用桥梁结构三维非线性空气静力分析方法,考察静风的不同初始攻角对结构静风稳定的影响,利用等截面即介于等刚度和等强度之间的原则对CFRP索与钢缆索结构大跨度悬索桥在静风荷载作用下的变形特征和稳定性进行分析和比较。     

冷弯折皱薄壁拱壳轻型钢结构在风荷载下的动力响应

薄壁轻型结构具有自重轻、造型优美、抗震性能优越、投产少,施工简便等优点,是一种值得推广的钢结构形式。但由于重量轻,在动荷载,特别是在风荷载作用下,结构的动力响应较为显。在设计中够重视。本语用有限元的方法采用板单元对一种薄壁轻型钢结构－银河屋顶的自振频率和振型进行分析,并了其在脉动风荷载作用下的响应,且针对风葆载提出了轻型钢结构在设计中注意的问题。     

上海铁路南站站屋结构设计

上海铁路南站是上海西南地区的交通枢纽,是第一座采用圆形平面的火车站。钢结构屋面最大直径约为275m,内圈柱子间的最大跨度为152m,采用带中心内压环的空间刚架结构体系。全面介绍了上海铁路南站工程结构设计中的关键技术问题。为满足主站屋严格的沉降要求,采用了桩端后注浆的钻孔灌注桩。为减小梁的高度,采用了超长预应力结构,解决了超长结构的温度问题。在大跨钢屋盖结构设计中,进行了钢屋盖整体稳定性及单根主梁的整体稳定性分析。研究了预应力及下部混凝土结构对钢屋盖的抗震性能影响。通过设置弹性支座并选择合理的弹簧刚度解决了屋盖温度作用问题。通过风洞试验并引入多点输入时程分析的方法,得到结构的等效风荷载及风振系数。采用拆杆法进行了屋盖预应力钢棒的施工验算。     

预应力抗风钢支撑在大跨钢结构中的应用及计算分析

新近投入使用的上海新国际博览中心的展览大厅为大跨全钢结构。结构体系中设置的预应力抗风支撑由长细比较大的预应力钢拉杆组成 ,为整个结构提供抗侧刚度。以抗风支撑为研究对象 ,对预应力拉杆的几何非线性问题进行了探讨。在此基础上 ,还对竖向以及纵向等效水平风荷载作用下的展厅整体结构进行了计算分析 ,所得结论可为今后的类似工程提供参考。     

洛阳电视塔的结构抗震分析

采用空间桁架体系为计算模型,分析了洛阳电视塔在静力作用下的线性、非线性反应.另外,在分析了结构单向和三向振动特性后,采用自编程序对其进行了单向地震和三向地震作用下的计算.     

A structural satefy analysis of steel buildings during construction

The safety of steel building during construction is evaluated. At each stage of construction, the potential modes of failure are identified and formulated for reliability analysis. The principal loading of concern is the maximum wind load over the critical stages of construction. Uncertainties associated with the properties of the structure at each stage of construction, and the wind environment parameters, are included in the formulation. The dynamic effect of wind on an incomplete frame is evaluated using elements of random vibration. The reliability of a ten-story steel frame building, built by a common combination of crew and equipment, is examined in detail.     

索膜结构在竖向脉动风影响下的风振响应研究

研究索膜结构在竖向脉动风影响下的风振响应特性。脉动风既包含有水平脉动风速,又有竖向脉动风速。对柔性较大的索膜结构,竖向脉动风作用将与水平风作用相叠加而使整个结构的风振响应增大。采用非线性随机模拟时程法,研究不同参数时索膜结构在单独水平风作用下、单独竖向风作用下、水平风和竖向风共同作用下的风振响应特性;并比较水平风和竖向风引起的膜结构的风振响应值,找出二者对膜结构所引起的响应异同及规律。一般情况下,水平风和竖向风共同作用引起的位移均值是单独水平引起的位移均值的1.57倍~2.94倍。因此,在研究索膜结构的风振响应时,必须考虑竖向脉动风的影响。     

Data Parallel Neural Dynamics Model for Integrated Design of Large Steel Structures

We have two objectives in creating novel design theories and computational models: automation and optimization. These two aspects are particularly important in design of complex and large engineering structures. In this article, a robust data parallel neural dynamics model is presented for discrete optimization of large steel structures based on the AISC ASD or LRFD specifications. The computational model has been implemented on a CM–5 supercomputer and applied to integrated minimum–weight design of two steel high–rise building structures. The largest example is a 144–story modified tube–in–tube super–high–rise building structure with 20,096 members. Optimization of such a large structure subjected to the highly nonlinear constraints of actual design codes, such as the AISC LRFD code, where nonlinear second–order effects have to be taken into account, has never been attempted before. The computational model developed in this research finds the minimum–weight design for this very large structure subjected to multiple dead, live, and wind loadings in three different directions automatically. This research demonstrates how a new level in design automation is achieved through the ingenious use of a novel computational paradigm and new high–performance computer architecture.