内凹式索拱结构极限承载力研究

采用考虑双重非线性的有限元方法对内凹式索拱结构的极限承载力进行了参数研究。主要分析了5种荷载形式下支座形式、拱矢跨比、索矢跨比、撑杆数量、拱截面、索截面、初始张拉力和初始缺陷等参数对内凹式索拱结构承载力的影响;并与仅考虑几何非线性的结果进行了对比。分析结果表明:支座形式、矢跨比、撑杆数量、拱截面等因素对结构承载力影响较大;索截面、初始张拉力和初始缺陷等对结构承载力影响较小;其合理的取值范围为:拱矢跨比取0.125~0.20,索矢跨比取0.05~0.10,索截面积取拱截面积的4%~6%,与拱结构相比,该结构的整体稳定性、极限承载力、整体刚度都大幅度提高,对缺陷的敏感度减低;半跨荷载是结构设计的控制荷载,给出了快速确定初始张拉力的简化计算公式。     

Geiger型索穹顶结构模型静力性能试验研究

设计了跨度为6m的较为精细的Geiger型索穹顶结构模型,对模型结构进行静力加载试验,研究结构在满跨对称加载及半跨非对称加载两种不同荷载情况下的力学性能,得到了索穹顶结构杆件内力和节点位移的变化规律。试验结果表明,不同荷载工况下,随着荷载的增大,外环索、外斜索的索力及外撑杆轴力逐渐增大,脊索索力逐渐减小或略有减小,增加的荷载主要由外环索、外斜索及外撑杆承担;同一荷载等级下,半跨非对称加载引起的节点竖向位移远大于满跨对称加载引起的竖向位移。     

复合型上承式葵形拱桥荷载试验及静动力分析

针对国内首次在软土地区修建的复合型上承式葵形拱桥--天津子牙河拱桥进行了成桥荷载试验和空间有限元分析.阐述了成桥荷载试验的加载方法、测试内容及试验结果.试验分别对主拱中跨中正弯矩截面、主拱边跨中正弯矩截面、腹拱L/4处正弯矩截面进行偏载加载和对称加载.实测了各工况下主拱和腹拱控制截面的挠度与应力幅值、纵向系杆索力及动荷载作用下的自振频率.实测结果与数值计算结果对比得出的校验系数均满足有关规程的规定,表明该桥设计荷载下结构安全可靠,满足运营要求.     

考虑非保向力效应的单点或半跨加载钢管混凝土拱稳定性能研究

对于下承式钢管混凝土拱桥,非保向力作用可显著提高其稳定承载力,应在研究中予以考虑。通过有限元软件ABAQUS建立了拱顶单点和半跨三点荷载作用下抛物线形钢管混凝土无铰拱的有限元模型,在模型中考虑非保向力效应,利用现有试验结果验证了有限元模型的可靠性,分析了拱的破坏过程,结果表明,达到峰值荷载时拱顶单点加载和半跨三点加载拱分别形成5个和4个塑性铰区域,最终均因承载能力不足而破坏。通过参数分析研究了矢跨比、长细比、含钢率、钢材强度及混凝土强度对拱稳定承载力的影响。结果表明：拱稳定承载力随其长细比增长显著降低,随矢跨比和含钢率大致呈线性增长关系。基于参数分析结果,对现有抛物线形钢管混凝土无铰拱稳定承载力设计公式中的弯矩调整系数进行修正,提出了考虑非保向力效应的拱顶单点加载和半跨三点加载钢管混凝土拱稳定承载力设计公式。在所分析参数范围内,设计公式计算结果与有限元分析结果的相关系数达0.988,两者吻合良好。     

拱形张弦胶合木梁结构受力性能试验研究

为研究拱形张弦胶合木梁结构的受力性能和破坏形态,进行了5榀张弦胶合花旗松木梁的张拉试验,活荷载全跨、活荷载半跨布置基本组合加载试验,以及活荷载全跨布置下极限承载力试验,分析试件关键点的位移、应变和拉索内力,观测了试件的破坏模式。结果表明:张拉试验中拱形木梁反拱值主要取决于拱跨比和初始预拉力。全跨活荷载加载试验中,跨中最大挠度达到木梁跨度的1/250~1/330。在张弦木梁的承载力试验中,跨中受拉区发生脆性劈断之前,跨中位移和应变与加载点荷载基本呈线性关系,跨中最大位移达到木梁跨度的1/60~1/70,花旗松的屈服压应变约为0.5%,极限拉应变约为0.45%;木梁在整体破坏时,跨中最大挠度达到木梁跨度的1/41~1/45,极限压应变约为0.9%,表现出一定的塑性性能;提高拱跨比或垂跨比,均能适当提高拱形木梁的承载力;增大木梁截面积对木梁承载力的提高幅度不大。     

板锥柱面网壳结构的试验研究与有限元分析

为研究板锥网壳结构的实际承载能力和破坏全过程,了解结构的受力性能和整体刚度,对板锥柱面网壳结构进行模型试验研究。对试验模型的细部构造进行设计,确定上弦节点、下弦节点、支座节点、锥体成形及连接构造。对两纵边支承的试验模型在正常荷载工况和破坏荷载工况下进行加载试验,并采用ANSYS软件对试验模型进行非线性有限元分析。结果表明：板锥柱面网壳的整体刚度大,在正常荷载模式下,结构的变形很小,最大竖向位移与跨度的比值为1/3787,弦杆的受力主要是沿拱轴方向传递;在破坏荷载模式下,锥体的节点板连接处率先发生局部屈曲,之后焊点破坏,结构丧失承载能力。有限元与试验所得承载力最大误差为11%,破坏模式基本一致,所用有限元分析方法可靠。     

Experimental research and finite element analysis of plate-cone cylindrical reticulated shell

为研究板锥网壳结构的实际承载能力和破坏全过程，了解结构的受力性能和整体刚度，对板锥柱面网壳结构进行模型试验研究。对试验模型的细部构造进行设计，确定上弦节点、下弦节点、支座节点、锥体成形及连接构造。对两纵边支承的试验模型在正常荷载工况和破坏荷载工况下进行加载试验，并采用ANSYS软件对试验模型进行非线性有限元分析。结果表明：板锥柱面网壳的整体刚度大，在正常荷载模式下，结构的变形很小，最大竖向位移与跨度的比值为1/3787，弦杆的受力主要是沿拱轴方向传递；在破坏荷载模式下，锥体的节点板连接处率先发生局部屈曲，之后焊点破坏，结构丧失承载能力。有限元与试验所得承载力最大误差为11%，破坏模式基本一致，所用有限元分析方法可靠。     

金华体育中心体育场屋盖结构稳定性及加套相贯节点分析

金华体育中心体育场屋盖采用双层钢网壳结构,端部大拱采用管桁架.在对屋盖结构进行满应力优化设计的基础上,考虑结构初始缺陷,对屋盖结构在两种典型工况下的稳定性进行了分析.同时按照管桁架主管或支管应力最大的原则选取8种工况,对相贯节点进行了有限元分析.结果表明,在满跨荷载和半跨荷载两种典型工况下,该屋盖结构均具有较高的极限承载力.在管桁架相贯节点处,普遍存在应力集中现象,通过主管外局部加套管,既能有效减少应力集中现象,又能使节点处的应力分布更加均匀.     

浙江大学紫金港体育馆屋盖结构稳定性分析

浙江大学紫金港体育馆采用了一种由索-桅杆张力系统吊挂刚性网格结构的新型屋盖体系,对其受力特点和设计要点作了介绍。利用规范方法对屋盖结构在三种典型工况下的稳定性进行了分析,进一步考察了初始缺陷模式和大小、屋面支撑杆件轴向刚度对结构极限承载力的影响。结果表明,该类屋盖结构在南北向半跨荷载工况下具有较高的极限承载力,但满跨和东西向半跨荷载工况下较低。三种工况下结构的极限承载能力随初始几何缺陷的模式不同变化较小,但是南北向半跨荷载工况下极限承载力对初始缺陷的大小反应敏感。过分提高支撑杆件的刚度反而会降低屋盖结构的稳定性。     

新型索-拱结构的平面内弹性稳定性能研究

所研究的索-拱结构,是在圆弧形拱轴线上,按照拱平面投影n等分处设置放射状索,以改善拱轴线上不均匀弯矩分布,达到提高纯拱结构稳定极限承载力的目的。利用牛顿-拉普森法和弧长法对这种索-拱结构在全跨均布荷载和全跨恒载+半跨活载作用下进行了完善和带缺陷结构的弹性大挠度跟踪分析,研究了索对两种荷载形式下结构的极限荷载和平衡路径的影响;提出的索-拱结构能显著地提高拱的极限承载能力并能有效地防止结构二次分岔失稳的发生,计算结果对索-拱的设计有参考价值。     

斜拉式彩板波形拱壳结构承载力研究

彩色压型钢板（以下简称彩板）波形拱壳结构在半跨偏载作用下容易发生折曲屈曲破坏，其极限承载力较低。为了提高这种结构在半跨偏载作用下的极限承载力，作者提出了一种斜拉式彩板波形拱壳结构。通过对这种新型斜拉式结构进行有限元内力和稳定分析，重点研究了斜拉杆的纵向有效影响范围，并结合工程实例给出了理论计算结果。     

车辐结构平面内弹性稳定承载力及设计建议

车辐结构是一种新颖的索拱杂交结构,其稳定性能比纯拱结构有很大改善.本文根据非线性有限元理论,对20m、50m、80m三种不同跨度的车辐结构在全跨均布荷载和半跨均布荷载作用下进行了全过程稳定承载力研究;基于拱的矢跨比和索盘高度两个参数,从稳定极限承载力和位形变化两个方面对车辐结构的受力性能进行阐述.通过对大量算例及数值结果进行分析及比较,提出了车辐结构适用的矢跨比和索盘高度的变化范围,对工程设计有借鉴意义.     

焊接箱形截面梁抗震性能影响因素研究

为考察板件宽厚比对焊接箱形截面梁抗震性能的影响,对中国、美国、日本和欧洲的钢结构设计标准中的相关规定进行了比较,结果表明各国规范对于梁板件宽厚比限值的规定总体上具有较好的一致性。采用钢材循环加载本构,建立了多尺度非线性有限元计算模型。提出了刚性竖杆 箱形梁加载方式,模拟水平地震、重力荷载与轴向压力对箱形截面框架梁的作用。有限元分析结果表明,在设计常用的板件宽厚比范围内,箱形截面梁的弹性屈曲荷载均显著高于其屈服荷载。在水平往复荷载作用下,随着板件宽厚比减小,箱形截面梁极限变形角与延性系数随之增大,抗弯刚度降低速率变缓,塑性耗能能力显著增强。当满足一级抗震宽厚比要求时,焊接箱形截面梁的梁端截面转角约为1/30。承受轴压作用时梁刚度退化很快,变形能力减弱。当轴压比不大于0.2、满足一级抗震宽厚比要求时,梁端截面转角约为1/50。跨高比对梁承载力影响不大,但变形能力可以大幅度提高。横向荷载对梁抗震性能的影响显著,随着静载比（重力荷载代表值与屈服弯矩之比）增大,骨架曲线逐渐发生平移,抗弯刚度降低,耗能性能减弱。当地震弯矩与静力弯矩方向相同时,箱形截面梁承载力显著降低,静载比0.8时极限变形角可减小约50%;当地震弯矩与静力弯矩方向相反时,梁虽然承载力稍有提高,但极限变形角略有减小。     

体内张拉成形空间网格结构静力试验研究

与传统桁架结构不同,体内张拉成形空间网格结构通过张拉下弦管内钢索使结构成形,成形后结构上弦弯曲,呈现自平衡状态。完成了体内张拉成形空间网格结构1∶10缩尺模型的成形及静载试验,研究结构在受荷过程中杆件应力和节点位移的变化规律,结构成形阶段以弯曲应变为主,受荷阶段以轴向压应变的增加为主。结果表明分次分批张拉方案切实可行,面向工程实际的张拉方法可为该类结构的设计施工提供指导。荷载作用下结构整体竖向位移很小,预应力的施加提高了结构的刚度。确定上弦截面最不利杆件位置,建议在设计中采取加强措施。     

软索连接装配式工字形圆孔墙抗震性能试验研究

为研究纵、横向墙体采用软索连接的装配式钢筋混凝土圆孔墙结构的抗震性能，对2种不同连接方式(工字Ⅰ型、工字Ⅱ型)的足尺工字形圆孔墙试件进行了不同轴压力作用下的拟静力试验。通过试验现象发现：随着循环加载的进行，试件主翼墙交界处出现较大裂缝，试件破坏时主翼墙交界处顶部混凝土压溃；无轴压力作用时，试件屈服前的裂缝主要分布于翼墙，主墙裂缝沿着45°方向发展；有轴压力作用时，试件屈服前的裂缝主要分布于主墙，主墙裂缝沿着60°方向发展，试件破坏时主墙裂缝分布更加密集。试验结果表明：无轴压力作用时，加载后期墙体出现滑移，工字Ⅰ型试件的屈服荷载比工字Ⅱ型试件大11%，峰值荷载小9%。有轴压力作用时，试件未出现明显滑移，工字Ⅰ型试件的连接可靠性、承载力、整体变形能力较工字Ⅱ型试件的强，刚度退化慢；相比无轴压力作用时，两种连接方式试件的屈服荷载均提高110%左右，峰值荷载分别提高101%和77%，极限位移角分别提高了200%和97%，消除了因连接方式不同对开裂荷载的影响。工字Ⅰ型试件更适用于有轴压力作用的情形，工字Ⅱ型试件更适用于无轴压力作用的情形。     

某椭圆抛物面辐射式张弦梁结构的非线性屈曲及施工仿真分析

以一31.1m×24.1m跨度的椭圆抛物面辐射式张弦梁结构为分析对象,考虑几何非线性、初始几何缺陷、材料弹塑性及活载的半跨布置,对其非线性屈曲性能进行研究。采用分批分阶段的拉索张拉施工方案,通过对张拉全过程的仿真分析,得到直接指导施工的各组拉索张拉力。研究表明:初始几何缺陷按最低阶屈曲模态分布时,稳定承载力系数并非最小;荷载不对称分布对结构的稳定性更为不利;材料非线性对结构稳定性影响较大;初始几何缺陷取短轴跨度的1/500较为适宜;各组拉索的实际施工张拉力与目标索力差别较小,张拉过程中,群索之间索力的相互影响不大。     

预应力混凝土结构设计的综合内力法(二)——正截面极限承载力计算

利用综合内力法原理 ,推导了预应力混凝土结构正截面极限承载力计算公式 ,这些公式采用预应力作用下的综合内力 ,考虑次轴力和次弯矩的影响 ,可用于正截面受弯承载力、偏心受压承载力和偏心受力各类结构的承载力计算。本文公式简捷 ,方便工程应用     

索穹顶无支架提升牵引施工技术及全过程分析

索穹顶施工是将索杆系经由无应力组装状态、低应力松垂状态向高应力成型状态转变的过程。基于索穹顶无支架提升牵引施工方法,在地面组装内拉环和脊索网,随后续提升牵引在低空组装其它索杆系;以外压环为支座利用工装索交替提升内拉环和牵引外脊索,直至外脊索与外压环连接就位,对外斜索同步张拉结构成型。该方法高空作业少、张拉效率高。基于非线性动力有限元的索杆系静力平衡态找形分析方法,建立整体运动方程,通过一级动力平衡迭代和二级模型更新迭代,由初始静力不平衡态,经由动力平衡态收敛于静力平衡态,并通过总动能峰值及时间驻点确定、时间步长自动调整和静力平衡态检验等,保证分析结果的稳定和高效。结合索穹顶实际工程进行了提升牵引和张拉全过程分析及扰动稳定分析,研究结果表明：索杆系位形经历了分别与提升牵引、牵引张拉初期和张拉后期对应的悬垂、调整和刚化3个阶段;脊索网呈“ω”形是保证索杆系低应力悬垂位形稳定的重要条件之一;位形调整阶段存在“拐点”,拐点的位形稳定性在全施工过程中最弱,在高矢跨比索穹顶中应特别关注。     

体内张拉成形空间网格结构受荷过程腹杆影响分析

体内张拉成形空间网格结构是由上弦、下弦(下弦管内穿索)、腹杆和侧向连接构件组成的一种新型空间结构形式,是通过对下弦管内索施加预应力张拉成形,进而改善结构受力性能的自平衡体系;上弦是该结构成形及工作阶段最主要的受力构件,也是结构能否成形的关键。对一个100m跨的体内张拉成形空间网格结构,分析了腹杆截面、腹杆数目和刚臂腹杆节间数(刚臂长度)等腹杆参数对结构工作阶段性能的影响,指出刚臂腹杆节间数是影响结构使用的重要因素,并得出了各参数对结构影响的特点。