大开口车辐式索承网格结构构建及其受力机制和找形研究

提出了大开口车辐式索承网格结构,其适用于体育场、足球场等大跨空间屋盖结构体系。介绍了该结构的型体构成和基本受力原理,并对结构的受力机制进行探讨。该结构由刚性网格、索杆体系、内环带桁架及内环悬挑网格组成,其中张拉索杆为刚性网格提供竖向支撑,刚性网格起到压环作用,结构在水平面内为一自平衡体系;内环带桁架将径向索承结构联系在一起,增加结构的空间整体性,提高了结构的刚度和承载力;内环悬挑网格增加刚性网格压环宽度,进一步提高了结构的承载力。分析了现有找形方法存在的问题,提出了适用于该结构体系,并可保持撑杆竖直、控制撑杆高度的找形方法,并编制计算程序,通过算例验证了该找形方法的有效性。     

大开口车辐式索承网格结构静力性能影响因素分析

为了深入了解大开口车辐式索承网格结构的静力性能,借助弹塑性非线性全过程分析,分别对索杆体系预张力大小、撑杆高度、外边界环梁高差、环索平面形状、刚性网格矢高、刚性网格形式、刚性网格肋梁曲率及内环高差等影响因素进行分析。分析结果表明:索系预张力主要影响结构的初始形态;增加撑杆高度和刚性网格矢高都能有效地提高结构的刚度和承载力;合理选取边界环梁高差及环索平面形状,可以使得车辐式索杆体系的传力更高效,有效降低索的张力水平;带斜杆的刚性网格对结构刚度和承载力更有利;适当增加肋梁曲率,可提高结构承载力,增大刚性网格刚度;刚性网格内环高差对结构静力性能影响较小。     

体育场罩棚索桁架结构施工方法及监测

某体育场为空间索桁架结构,由刚性外压环梁、内环索、上径向索、下径向索、吊索、压杆和柱间交叉支撑组成。该工程索桁架共有38榀,其跨度大、悬挑长,榀数多,呈空间形态及整体的受力较为复杂。为减少施工搭设支架费用,缩短工期,根据工程特点设计了针对该工程的施工方法。利用ANSYS有限元软件分析得到支承结构在各个关键施工阶段的变形规律及受力特点,并用FBG传感器对结构施工张拉阶段预应力变化做实时检测,为施工过程提供依据。提出的施工方法及监测手段可为类似结构的施工提供参考。     

南京体育学院自行车赛场

南京自行车赛场是十运会赛场之一，膜结构屋盖投影面积约8000m^2，由内外各一道椭圆形空间簧桁架环、16榀径向管桁架、16对拉压杆（16根内立柱、16根外拉杆）、4对柱间支撑以及16个吊顶锥形膜单元组成空间受力体系。外环长轴为131．4m，短轴111．7m；内环长轴为88．28m，短轴36．73m。外环标高19．7m、内外椭圆形环高差、7．3m，形成类似椭球形的空间受力体系。     

800m超大跨巨型斜拉下穿索承网格结构拉索布置及参数分析研究

对适用于800m超大跨度的巨型斜拉下穿索承网格结构的预应力系统进行了优化研究,提出并对比设置不同数量斜拉索的布置方案,得到较为合理的拉索布置方式.分析了下穿拉索方式对结构性能的影响,下穿拉索通过撑杆为中部结构提供弹性支承,使中部网格结构受力均匀.提出索承内拉环的改善方案,显著降低内拉环索力.采用逆迭代法对结构进行找形分析,获得合理的拉索初始预应力分布,有效控制结构初始态的位移.对不同的拉索初始预应力度进行对比分析,研究表明初始预应力降低会使结构刚度显著降低,但并不能降低拉索用量.最后对比分析了钢拉索和碳纤维增强复合材料拉索对结构性能的影响.     

无内环索支结构-索承式膜屋盖方案研究

在考虑覆膜效应基础上,对无内环支结构整体模型进行协同找形研究,同时给出了协同找形步骤,并论证了找形结果的正确性。最后,对结构进行了静力分析、参数化分析以及动力特性分析。结果表明:索承式膜屋盖具有抵抗外荷载的能力,但考虑膜面排水、褶皱以及单片膜面的面积,该类屋盖适用于中小型跨度结构;膜材自重、泊松比以及边索预应力对索承式膜屋盖影响较小,而膜材的弹性模量和初始预张力对膜屋盖的影响较大;结构的振型主要表现为上、下振动并伴随平面索桁架的局部扭转,因此对整体结构受力并无不利影响。     

月牙形非封闭空间索桁架结构预应力施工技术

乐清体育场挑蓬采用月牙形非封闭空间索桁架结构,由刚性外环梁柱、内环索、上径向索、下径向索、吊索和压杆构成,属于张力结构体系。本工程索桁架共38榀,各榀的悬挑长度和张拉力差异大,在中部索桁架的悬挑端部存在上、下径向索交叉和上、下环索分叉,其间布置了压杆。为减少施工支架搭设费用,采用发明专利技术"索桁架固定千斤顶斜向牵引整体提升的无支架施工方法",分3个施工阶段:低空无应力组装、空中斜向牵引提升和高空分级同步张拉。在施工全过程模拟分析中,由于存在刚体大位移和拉索大悬垂现象,因此采用发明专利技术"确定索杆系静力平衡状态的非线性动力有限元法"进行分析,确定全过程的结构位形和内力状况。     

浦江体育中心张弦罩棚结构分析与设计

介绍了浦江体育中心体育场预应力张弦罩棚(最大悬挑约30m)工程的基本概况、结构的平面布置、索桁架的结构形式以及整体经济性指标。对索桁架体系,分别进行了平面内的线性受力分析以及几何非线性分析,总结了多种荷载工况下的索桁架受力特性。对线性与非线性分析结果进行比对,发现此类结构为半刚性结构,应当采用几何非线性的分析方法。设计过程中确定了索桁架上下弦拉索初始张拉力的基本原则与技术要点;着重研究了支撑索桁架体系的外围混凝土柱的受力特点。单独推导了作为索桁架平面外支撑的环拱的等效轴压刚度的计算公式,以及确定环拱截面的设计方法。     

环肋型悬挑桁架在某体育场钢结构罩棚中的应用

某体育场结合建筑屋盖的连续造型,采用"环肋型悬挑桁架+外圈立体桁架约束环+端部钢拉杆+局部柱间V形支撑"的结构体系。该结构体系充分利用屋盖曲面的整体面内刚度,并在外圈设置一道立体桁架的约束环,以形成良好的整体刚度。其中,屋盖曲面的面内刚度由其各榀悬挑桁架上弦连续的交叉斜撑提供。屋盖钢结构体系仅通过铰接钢柱脚支承在2层混凝土楼盖上,与下部混凝土结构为相对独立受力体系,避免两者之间的不利影响。重点介绍这种结构体系的静力性能、非线性极限荷载分析及抗连续倒塌性能分析设计。     

某带大悬挑的办公塔楼结构设计

某办公塔楼采用钢筋混凝土核心筒-大悬挑结构体系,塔楼3层的外围框架柱缺失,导致4～13层核心筒外侧均为悬挑结构,最大悬挑尺寸为19.2m。采用钢筋混凝土核心筒作为竖向抗侧力体系,在4层和9层设置悬臂桁架与环带桁架组成的悬挑转换体系,将上部楼层荷载传递给核心筒。对结构进行了抗震性能化设计,对核心筒关键部位采取了设置钢板、型钢柱、型钢梁等加强措施,大震动力弹塑性时程分析结果表明核心筒具有优良的抗震性能。对悬挑转换体系进行了专项分析,具体包括:核心筒环通钢梁的设计;楼板刚度对悬臂桁架、环带桁架受力和变形的影响规律;对悬挑转换部位楼板进行应力分析,并采取后浇带和铺设钢板的措施;大悬挑关键节点分析等。结果表明,悬挑转换体系具有较高的安全储备。并针对悬挑转换结构的特点,给出了可行的施工方案。     

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。     

乐山奥体中心体育场车辐式单、双层组合索网罩棚结构设计

针对乐山奥体中心体育场索膜罩棚西侧外高内低、东侧内高外低的不对称构形,提出并设计了一种车辐式单、双层组合索网结构,充分发挥单、双层索网各自特点,此类型组合索网结构系国内外首例.针对此类结构的找形方法、关键影响参数、力学特点、屋面排水组织、整体稳定性、抗倒塌性能、关键节点进行了研究.结果 表明:采用以力密度法为基础的"虚...     

平面张弦结构失稳与破坏机理的数值分析

张弦结构由刚性上弦和柔性下弦索通过撑杆连接而成,为半刚性结构,其整体失稳和破坏模式是张弦结构研究和设计的重点。提出两端受有水平力和竖向集中力的弹性支承连续拱模型来模拟张弦结构。根据该模型分析得出影响张弦结构弹性及弹塑性失稳机理及承载性能的关键参数,如拱的矢跨比、拱截面、索的垂跨比和索截面积。并根据这些参数,利用该模型对张弦结构进行参数化分析,得出避免张弦结构发生整体失稳和脆性破坏时上弦拱的矢跨比和截面面积以及索截面取值建议值,并进一步讨论了支座刚度对张弦结构极限承栽力和弹塑性破坏的影响,为张弦结构抗连续倒塌设计提供技术支持和参考。     

预应力全索系整体张拉结构设计研究

预应力全索系整体张拉结构是具有“内部没有压杆的全索系拉杆海洋”特点的结构体系,该结构体系结构稳定承载力和变形性能是工程设计的关键。为研究全索系整体张拉结构的弹塑性发展规律,进行了基于材料非线性和几何非线性的结构承载全过程分析,得到典型单元荷载-应力、关键节点荷载-竖向位移全过程曲线。分析结果表明：建议全索系整体张拉结构索构件在弹性阶段的应力比应小于0.40,内环索竖向变形应小于悬挑跨度的1/40~1/50。全索系整体张拉结构的屈服荷载系数及延性性能高于有钢压杆的预应力钢结构体系;增大预应力度是改善谷索排雪水功能的有效措施之一。     

锦绣中华百艺广场大跨度挑棚结构设计研究

深圳锦绣中华百艺广场挑棚结构采用四边形空间钢管桁架和斜拉索组合的杂交结构,钢管桁架最大悬挑长度为32m。为了加强结构在风荷载作用下的整体稳定,通过反复调整承重索和稳定索的内力和桁架的截面,对结构进行了强度和刚度的优化设计。介绍了该结构的风洞试验结果,结构计算、设计及主要构造措施,并给出了在荷载作用下的结构反应和受力特点。     

基于抗连续倒塌性能的张弦梁结构撑杆构型与数值验证

针对传统张弦梁结构冗余度低、易发生连续性倒塌的特点,引入变换荷载路径法改进撑杆构型,提出了一种交叉撑杆构型的张弦梁结构体系。以某体育馆张弦梁结构为原型,建立了新型撑杆构型的张弦梁结构基准模型。通过优化撑杆交叉角度、交叉节点位置等参数,得到了多个具有新型撑杆构型的张弦梁结构模型,并采用有限元方法对其承载力与抗连续倒塌性能进行了分析。结果表明：经合理设计,新型撑杆构型的张弦梁结构与传统张弦梁结构在刚度、承载力等方面较为接近,且新型撑杆构型的张弦梁结构承载力与撑杆交叉节点的位置有关;当中间索失效时,下撑杆能代替失效索为结构提供有效的传力路径,且交叉角度较大时新型撑杆构型的张弦梁结构抗连续倒塌性能更好;当边索失效时,交叉撑杆构型的张弦梁结构的竖向位移均较传统张弦梁结构的大幅减小,其抗连续倒塌性能更加优良。     

索撑双向网格型单层柱面网壳稳定性研究

双向网格型单层柱面网壳结构不仅外型美观、各构件布置规则,而且质量轻、采光好。但是随着网壳跨度越来越大,整体稳定性问题也日益突出,因此制约了此类网壳结构在实际工程中的应用。为此,针对双向网格型单层柱面网壳结构,提出了一种新型布索方案,即在双向网格面内布置斜拉索提高结构的面内刚度,在双向网格面外通过撑杆布置横、纵拉索提高结构的面外刚度。首先通过对不同跨度网壳结构的弹塑性分析验证拉索的布置效果,并考虑各种参数变化对结构稳定性的影响,论证了此类网壳结构的合理性和实用性。其次,结合模型的静力试验研究了此类索撑柱面网壳结构的稳定性,论证了拉索布置的合理性。结果表明,采用撑杆和拉索的交错布置后,网壳结构的受力更加合理,其承载能力有了大幅度提高。此类索撑网壳结构为缺陷不敏感结构,但是撑杆长度对结构承载能力的影响很大,对于不同跨度的网壳结构,撑杆的最佳长度有所不同,实际工程中要确保撑杆具有最佳长度。     

刚性网格索穹顶结构组合形式及其协同工作非线性力学性能研究

提出了一种刚柔相济的组合空间结构-刚性网格索穹顶结构,该结构不仅充分发挥了索穹顶的力学性能,而且易于利用刚性网格铺设屋面板材,既具有结构优势又便于屋面安装.给出了肋环型、葵花型两种典型索穹顶与以四边形和三角形为基本构成单元刚性网格的3种组合形式.对刚性网格与索穹顶协同工作机理进行分析,将结构进行有限元离散和合理简化,建立了刚性网格索穹顶结构协同工作非线性静力分析的计算模型.以组合Ⅱ型为例,探讨了结构在满跨均布荷载和非对称荷载作用下内力和位移变化规律,以及初始预应力水平对结构力学性能的影响.计算结果表明：刚性网格的协同工作提高了结构整体刚度和承载力,减小了索穹顶对非对称荷载的敏感性;初始预应力水平对索穹顶内力影响显著,但对结构整体刚度影响非常不明显.     

封闭式组合屋面膜结构找形分析研究

应用有限元程序ANSYS对郑州大学西亚斯国际学院篮球馆组合屋面膜结构进行找形分析,确定满足建筑初步设计造型要求的膜的形状,且膜上的应力分布比较均匀。通过对封闭式组合屋面膜结构的找形分析,探讨此类膜结构找形过程中单元划分、边界处理、弹性模量取值等处理方法,提高找形效率。在考虑支承体系对找形结果影响的基础上,进行协同找形分析,对比说明协同找形分析的必要性。     

绍兴体育会展馆刚接张弦桁架设计研究

绍兴体育会展馆屋盖结构为梁端刚接张弦桁架,与梁端简支的普通张弦梁在受力特点上有较为明显的区别,故其拉索布置应有所区别。研究表明,不同预应力索端节点位置对张弦桁架内力、整体稳定都有较为明显的影响,对竖向位移影响较小,几乎不影响结构整体动力性能。综合分析后得出了最佳索端节点位置。深入对比三种典型横向支撑系统布置方式的静力、动力及屋盖整体稳定性能发现,间接连续布置的横向联系桁架对屋盖结构整体的综合性能最为有利。