探讨单层大跨度钢结构设计

笔者以某72m跨度的单层仓库工程为例,计算分析了索支承实腹式门式刚架结构在不同荷载工况作用下的内力及变形分布,并与不同类型的门式刚架分析结果进行了比较,着重探讨了索支承门式刚架结构的工作原理和设计方法。结果表明：索支承刚架的预应力效果比普通预应力刚架更加明显,能改善刚架的受力性能;在索支承刚架的设计过程中,不可忽略撑杆和钢拉索的变形,必须按几何非线性计算。     

大跨度索支承实腹式门式刚架钢结构的设计分析

以某72 m跨度的粮食仓库为实例,计算了索支承实腹式门式刚架结构在不同荷载工况作用下的内力及变形分布,并与不同类型的大跨门式刚架分析结果进行了比较,探讨了索支承门式刚架结构的工作原理和设计方法。结果表明:索支承刚架的预应力效果比普通预应力刚架更加明显,更好地改善了刚架的受力性能;在索支承刚架的设计过程中,不可忽略撑杆和钢拉索的变形,必须按几何非线性计算。     

索支承门式刚架模型静力试验研究

本文设计并实施了一榀10m跨索支承实腹式门式刚架模型试验。通过对不加预应力的普通门式刚架以及两种不同预应力水平索支承刚架的静力试验,不仅验证了索支承门式刚架结构承载性能上的优越性,而且了解了在预应力施加过程中以及在荷载作用下索支承刚架结构内力和变形的变化规律。试验还就索支承刚架的节点构造形式及预应力施加工艺进行了探讨。为探索这种结构的理论分析方法,本文还采用混合有限元法分析了试验模型,并通过试验与理论结果的对比分析验证了该方法对这种结构的适用性。     

预应力技术在轻型门式刚架中的应用

主要用MTS软件计算分析了一榀30m门式刚架模型。通过分析无预应力门式刚架以及12种预应力门式刚架的模型,讨论拉索初始预应力值、撑杆数以及索底高度等参数对预应力门式刚架受力性能的影响。不仅验证预应力拉索门式刚架结构承载性能上的优越性,而且分析在预应力施加过程中以及在荷载作用下,预应力门式刚架结构内力和变形的变化规律。     

大跨度预应力刚架-索结构的设计与施工

浙江友宁钢制品厂36m大跨度刚架采用门式刚架加预应力索组成的刚架-索结构体系。首先在车间对大跨度门式刚架在不同荷载工况下的变形情况进行试验,并根据施工现场安装试验情况最终确定预应力刚架的张拉施工方法。结果表明:预应力刚架-索结构体系结构可靠,施工安装方便,结构轻盈美观,相比普通刚架,更加充分地利用了钢材的材料力学性能,具有非常明显的经济性。在施工过程中,应注意刚架性能差异导致的预应力张拉值的轻微差异。     

索支承门式刚架结构的优化过程

对预应力门式刚架及结构优化设计方法进行简单的介绍,以预应力钢结构中的索支承门式刚架为研究对象,给出索支承门式刚架的一般优化流程,可供工程实际参考。     

门式刚架斜梁及刚架柱上隅撑的作用及计算．

本文介绍了门式刚架体系中，斜梁及刚架柱上隅撑在结构受力时的作用，并对其作用原理进行了分析。讲述了在工程设计中隅撑的布置原则及相关规范的基本规定。并通过设计示例对隅撑的设计计算进行了详细阐述。     

全局布索预应力钢框架预应力参数的试验研究

基于全局布索预应力钢框架的结构形式,设计两榀缩尺模型进行设计荷载条件下的静力试验,以分析不同拉索截面面积、预拉力对钢框架的影响。通过试验可知,随着索支索预拉力的增加,增大了索支撑杆对钢框架的顶推力,随着隅撑索预拉力的增加,增大了隅撑撑杆对钢框架的拖曳力。不同索截面面积的拉索初始预拉力在相同预应力的情况下对钢框架各截面产生的弯矩和扰度与其各自的索截面面积有关,且按其变化倍数增加。随着两索索截面面积的增加,在竖向荷载下使钢框架各截面弯矩扰度的增长率不断下降,且存在增长率下降幅度的峰值,其对应的索截面面积可认为是最经济的索截面面积,水平荷载下,索截面面积变化对钢框架各截面弯矩变形的增长率影响较小。     

受竖直向上荷载作用的门式刚架塑性分析

门式刚架多用轻型屋面,在沿海等强风地区屋面风吸力可成为向上的荷载,一般刚架塑性弯矩计算公式或图表求解刚架内力已不能适用,如何考虑特定风荷载作用下结构的受力与变形是刚架设计施工中必须解决的实际问题。根据结构塑性分析的机动法原理,提出在向上荷载作用下无加腋单跨刚架塑性弯矩的算法。     

大跨度索支承实腹式门式刚架钢结构及其应用

针对普通大跨度实腹式门式刚架随着跨度的增大经济性指标下降的问题 ,提出了索支承实腹式门式刚架结构体系。详细分析了这种结构的受力性能、施工工艺和主要节点构造 ,得出了一些有实用意义的结论和建议     

体外预应力加固大空间门式刚架结构抗火性能分析

通过对采用体外预应力加固的大空间门式刚架抗火实例的分析,研究体外预应力张拉设计值、体外预应力索截面积及撑杆高度对无保护大空间门式刚架结构加固后抗火性能的影响.结果表明:在火灾作用下,采用体外预应力加固后的大空间门式刚架结构具有较好的抗火性能,能够满足抗火设计要求.此研究可为无保护大空间门式刚架结构采用体外预应力加固后的抗火设计提供参考.     

预应力对柱支承扁网壳静力性能的影响

沿柱支承钢扁网壳的拉力环域施加适当预应力能降低结构在使用阶段的变形。以预应力三阶段设计为例分析预应力施加对柱支承扁网壳静力性能的影响。结果发现,预应力可以降低支座水平推力,提高结构刚度,但同时增大了结构在负风压作用时的变形,加大了支座附近杆件的轴力。预应力不能有效提高结构的临界荷载。与其他布索方案相比,折线形索-桁方案对网壳变形控制更有效。     

大跨度煤场封闭结构预应力体系研究

针对顶部曲线较平缓的大跨度拱形钢结构,通过设置可抵抗拱方向荷载的张弦索和可抵抗反拱方向风吸力的斜索,形成了预应力张弦索-斜索钢桁架结构体系,同时改善了拱形结构体系在不同方向荷载作用下的受力性能。采用有限元分析与实际工程设计相结合方式,以西来峰煤化工分公司焦化厂二期储煤场封闭项目为例,对非预应力钢桁架结构体系、预应力张弦钢桁架结构体系、预应力张弦索-斜索钢桁架结构体系方案进行了体系选型研究。对上述3种结构体系的支座反力、主拱桁架弦杆轴力、结构竖向变形等方面进行对比分析,证明了张弦索-斜索钢桁架结构体系的优越性,同时针对预应力张弦索-斜索钢桁架结构体系进行了布索方案分析,分析改变张弦索和斜索锚固端位置对结构弦杆受力及变形的影响,得出了张弦索布索范围覆盖拱架上弦受压区、锚固端位置接近拱架曲率最大处时,斜索上锚固端在拱架跨度的35%~40%位置时,对结构最有利;另外对张弦索、斜索的初拉力取值进行了方案比选,得到了拉索初拉力取值对结构杆件内力的影响规律,确定了张弦索、斜索初拉力取值均为1000kN较为合理。     

大跨度体外索拱形门式刚架设计

介绍了预应力技术在门式刚架结构中的研究及应用现状。首次提出了一种新型预应力门式刚架形式——带水平拉索的钢箱截面拱形两铰门式刚架,结合背景工程——跨度达91.5 m的天津京津塘高速公路机场收费站新建罩棚,对这种结构体系进行了较系统的分析。重点阐述了整体受力性能及关键部位——水平拉索、机械钢铰、刚架梁柱交接处角隅段的构造及计算方法。背景工程的成功运用表明,这种结构施工难度小、速度快,建成后使用及景观效果良好,可供类似工程参考。     

八点弹性不均匀支承的类椭圆形弦支穹顶结构设计与分析研究

随着结构造型及功能的日益复杂,异形壳面、不均匀弹性支承、荷载不均匀分布等复杂条件下弦支穹顶结构的设计是一个值得深入研究的问题。以大沙河文体中心项目会议厅八点弹性不均匀支承异形壳面屋盖为例,采用肋环型单层网壳+Giger型索系组成的类椭圆形弦支穹顶,剖析其结构设计思路及特点,对其弹性支承条件的影响进行对比研究,并结合基于刚性索法和改进PGSA算法的预应力优化方法,对不同布索形式下的弦支穹顶结构进行静力及稳定性能的对比分析。研究表明,弹性不均匀支承条件对弦支穹顶结构的变形、索力分布、单元应力均有较大影响,结构计算分析中需充分考虑其影响;在最终被采用的撑杆杆底等标高的布索形式下,结构受力及变形分布更为均匀,静力及稳定性能相对较好,且有效避免了双向弯曲对环向索索体的不利影响。     

新型弦支刚架结构体系的设计与分析

结合某一实际工程,在对比研究梁柱节点连接形式对弦支刚架结构性能影响的基础上,确定了梁柱节点采用刚性连接的形式。针对风吸荷载较大的情况,分析了弦支刚架的预应力设计方法。鉴于弦支刚架的梁柱-拉索节点受力复杂,设计了补强型梁柱-拉索节点,并建立有限元模型分析其力学性能,验证了补强型梁柱-拉索节点受力的合理性。通过分析弦支刚架的整体力学性能,得到其力学分布规律,同时分析结果还表明,弦支刚架的刚度大,结构变形小。对比弦支刚架与普通门式刚架在相同荷载下的内力表明,相对普通门式刚架上弦梁的跨中弯矩,弦支刚架上弦梁的跨中弯矩减小了69.35%。     

钢结构门式刚架厂房抗风性能和极限承载力分析

为研究不同钢结构门式框架厂房的抗风特性,以长汀县高性能纳米钛酸钡产业化项目为研究背景,运用数值有限元模拟的方法建立门式刚架厂房计算模型,研究了不同节点刚度下门式刚架的风致动力响应及不同风荷载强度的弯矩变化规律。研究结果表明,随着门式刚架厂房节点刚度的降低,钢柱顶点的最大位移和位移平均值均不断增加,而卓越响应频率则不断降低;不存在风荷载作用的门式刚架厂房弯矩图呈正对称,而存在风荷载作用的门式刚架厂房弯矩图呈反对称,后者的最大弯矩比前者增加3～5倍,表明风荷载对刚架的受力起到了控制作用,对于刚架的极限承载力具有显著的影响。相比于刚架柱脚和梁柱节点,刚架顶部节点的最大正负弯矩值均较小,而前者的最大正负弯矩值随风速的增加而不断增加,在门式刚架厂房抗风设计中可以通过加大柱截面、提高柱体脚部的刚度、将柱脚嵌固边界改为铰接边界、梁柱节点增加腋角等方式提高结构的抗风能力。     

隅撑支撑钢框架的试验研究和弹塑性受力分析

通过1∶2隅撑支撑钢框架模型的单调加载试验,研究了隅撑支撑钢框架的抗侧力性能和破坏机理。试验结果表明,在水平荷载作用下隅撑最先发生屈服,并具有很好的变形能力,结构具有很好的滞回耗能性能和延性。对隅撑支撑钢框架进行了弹塑性受力分析,并给出了其恢复力模型,从而为简化隅撑支撑钢框架的非线性分析提出了一种新的方法。     

门式刚架结构侧向支撑的强度和刚度研究

对于门式刚架结构,工程实际发现当构件截面尺寸、内力等超过一定范围时,檩条由于强度或刚度不足,致使隅撑对构件侧向支撑作用大大削弱,增大了构件的计算长度。本文结合国内外研究成果,总结出隅撑作为侧向支撑的最小刚度要求,并提供了当檩条刚度不满足最小刚度要求时构件侧向支承的解决方案。     

门式刚架中隅撑轴力强度的ANSYS分析

研究受到檩条和隅撑支撑作用的梁的弯扭,首先对檩条-隅撑体系提供结果的侧向支撑刚度进行了推导,然后考虑梁的初始侧移,研究了使梁的临界弯矩达到屈服弯矩时隅撑中的内力,这个内力即是对隅撑的强度要求。通过4个算例表明,隅撑轴力不到下翼缘屈服轴力侧向分量的1%,远小于《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS 102∶2002)中规定的支撑力。