车辐式张拉结构体型研究与设计

掌握车辐式张拉结构的找形方法和了解体型对结构受力性能的影响,是设计该类轻型屋面的关键,为此结合理论推导和数值模拟方法对这两方面展开研究。首先,引入力密度法用于结构初始平衡态的确定,提出“由形找力再找形”的思路,从而避免了拓展力密度法收敛性差的缺点,成功实现了马鞍形车辐式张拉结构的找形分析。然后,分别从内外环平面投影、外环空间形态以及索桁架形式等多个角度对单、双层车辐式结构的体型进行比选,分析不同体型结构的适用性和结构刚度的主要影响因素。研究结果表明：内外环形状相似对车辐式结构最为有利;马鞍形外环的高差对结构刚度影响很小;凸索桁架能有效提高结构刚度,但应注意避免侧向失稳。     

宝安体育场结构设计关键问题研究

贯穿深圳宝安体育场整个结构设计流程,对各阶段遇到的主要问题进行研究。初步设计阶段,从建筑外观、体育场功能、结构特性和施工难易程度等角度比选3种方案。方案验证阶段,结合理论分析与宝安体育场1∶10模型试验,研究结构的静力性能和动力特性。深化设计阶段,通过介绍若干典型节点的细部构造,推广总结索膜节点的设计原则。研究结果表明：对宝安体育场而言,内外环均呈圆形且索膜形状一致的结构体型最优;A形柱可为整体结构提供有效侧向刚度,且沿索桁架方向对外环约束很小,是理想的外环支承;索桁架对外环施加集中力的同时对其提供侧向支承,因此外环一阶屈曲模态表现为以索桁架为侧向支点的失稳。     

泰达市民广场多折面钢结构及拉杆桁架支承体系和膜结构设计与研究

天津泰达市民广场多折面大斜坡由两折面钢结构桁架与三折面拉杆桁架幕墙支承结构及置于二者之上的六块骨架式膜结构组成。对两折面钢管桁架与三折面幕墙支承结构体系的传力路径、受力特点进行了分析和探讨,并基于建筑美观的要求,提出了大斜坡钢结构沿纵向设置伸缩缝释放温度应力的铰接-滑移节点及连接形式;应用多链杆一体化计算模型研究了膜材与骨架支承体系之间的相互作用,并通过模态分析揭示了其刚度分布;分析了结构设计中特殊节点的受力机理并提出了节点的设计及构造方法。     

CCTV新台址主楼地基与基础的建模及参数取值研究

CCTV新台址主楼的特殊造型设计使得施工过程结构的变形发展异常复杂。在施工过程中,上部结构除了在自身荷载作用下产生变形外,还会随着地基沉降而发生变形。针对该主楼结构含基础的一体化建模,对地基部分考虑群桩效应的建模方法以及参数取值给予介绍,并对施工过程结构的变形进行分析,其结果为评价两塔楼水平变形以及大悬臂的垂直变位提供了依据。     

基于一次二阶矩可靠度指标的车辐式结构索长误差控制限值研究

推导了中心对称车辐式结构索力变化与索长误差的关系;基于可靠度理论,提出了一种通过控制一次二阶矩可靠度指标确定拉索索长误差限值的方法;结合深圳宝安体育场车辐式结构,给出了制索过程中索长的控制标准.研究结果表明:所提出的方法能够为车辐式结构的制作加工提供依据,保证初始预应力态索力的精度;控制拉索制作安装中的索长误差对于采用定尺定长设计与张拉的车辐式结构有重要指导作用.     

车辐式屋盖结构的一种索力识别方法的误差研究

基于一种由静力位移测量值识别车辐式结构索力的方法,该文评估了位移测量误差对于索力识别结果的影响,用数值计算及理论推导得到了二者的关系。索力识别误差是位移测量误差的单调函数。在位移值远大于测量误差时,该函数接近线性,否则有明显的非线性。在误差幅值相同的情况下,选择不同的加载及测量方案,索力识别的精度是不同的:单位荷载产生的节点位移越大,索力识别结果的误差就越小。对多种加载-测量方案进行了比选,归纳了制定索力识别方案时应遵循的原则:加载方案应使结构的几何刚度发挥主要作用。对车辐式结构而言,在荷载总量一定的情况下,在半跨或1/4跨布置荷载能获得较好的索力识别结果。     

张弦梁张拉过程平面外稳定性分析及施工方案比较

张弦梁结构作为一种自平衡体系,在大跨度屋盖结构中得到日益广泛的应用.设计状态下张弦梁上弦构件受到檩条、支撑等屋面结构的约束,其平面外稳定问题并不显著.但在施工过程中对平面张弦梁进行预张拉时,一般要设置临时面外支撑,因此需对张弦梁张拉过程中的平面外稳定性问题予以研究.采用几何非线性有限元方法,对张弦梁张拉过程的平面外稳定问题进行弹性屈曲分析,研究了张弦梁主要几何参数对失稳临界索力的影响,提出了确保张拉过程平面外稳定的措施.此外,针对张弦梁单步张拉和分级张拉2种常见施工方法,通过算例比较了两种方法的优缺点.     

车辐式结构找形分析的逐点去约束法

车辐式结构是一种双层索系的柔性结构,需要通过找形分析确定结构的初始预应力态.与索膜、索网结构等柔性结构不同,车辐式结构的找形分析不是用给定的预应力值寻找结构位形,而是从给定的位形出发求解可能存在的预应力分布情况.目前已有的找形方法有平衡矩阵理论、力密度法、动力松弛法、非线性有限元法等.除了非线性有限元法外,其他方法都难以直接通过通用有限元软件进行找形分析.本文在平衡矩阵理论的基础上,将车辐式结构整体找形问题转化为针对每个节点处3个索杆单元的计算.通过使每个节点在预应力作用下达到设计位形,求出结构初始应力态的预应力分布.这种方法不但能够直接用于有限元软件的计算,还能够判定结构的初始应力态是否存在.     

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.     

宝安体育场车辐式屋盖结构整体模型施工张拉试验

宝安体育场车辐式张拉屋盖结构呈椭圆形马鞍面,索力分布不均匀。为制定一种索力控制精度高、对张拉设备要求低的张拉施工方法,进行了宝安体育场屋盖结构模型整体张拉试验及模拟分析,验证了 “定尺定长设计与张拉技术”能够准确获得设计初始态预应力。该方法对索材定长下料,在施工现场不调节索长,具有张拉过程简单,便于控制索力的优点。试验模拟了张拉径向索、顶升飞柱、张拉环索、隔榀张拉径向索4种张拉方案,结果表明：张拉过程中上径向索具有“张紧-松弛-张紧”的变化过程;上径向索松驰时,飞柱会出现倾斜的现象,倾斜角度可达0.1rad;4种张拉方案的操作难易程度有明显差异：张拉径向索方案所需的张拉力大,但是操作过程简单;顶升飞柱和张拉环索方案所需张拉力小,但需对结构节点和张拉设备做特殊设计;隔榀张拉径向索方案的工期最长。通过对上述4种张拉方案以及由张拉径向索方案演化出的3种分批张拉径向索方案的数值模拟分析和对比,为宝安体育场屋盖结构实际施工制定了张拉径向索的方案。