双曲线索网结构极限能力影响因素分析

以双曲抛物面索网结构为研究对象,考虑索网结构在变形、失稳破坏期间的几何及材料非线性特性。采用钢绞线本构关系及ANSYS中索单元,对双曲抛物面索网在固定边界条件下承受静力荷载作用下的极限承载力进行分析,研究了索网结构中索的初索力及索网结构几何大小对索网结构承载能力的影响。结果表明,索网结构随着预应力比的增加。索网结构的承载能力逐渐下降。在半跨荷载作用下,索的极限承载能力相对于全跨荷载工况略有提高：随着预应力增大,两种荷载布置引起的极限荷载差别减小。在工程上。常用几何大小范围内几何尺寸对极限承载能力的影响不大。本文结果可供索网结构设计及施工时参考。     

椭圆双曲抛物面索一拱体系与索网结构静力性能的比较分析

本利用几何非线性混合体系有限元程序对椭圆双曲抛物面预应力索——拱体系与相应索网结构进行了静力性能分析比较,表明了索—拱体系能有效地克服网结构存在的弱点,较之索网结构优越。     

双曲索网结构抗火极限承载力影响因素分析

对双曲抛物面索网结构利用非线性有限元方法对找形、常温下结构受载计算及其火灾反应的过程等进行详细的分析研究。利用通用有限元程序ANSYS对两种典型的索网结构进行了抗火研究,通过影响抗火性能的相关参数分析,发现影响此种形式索网抗火性能的主要因素是荷载比与预应力比的大小。该结果可供索网结构抗火设计时参考。     

国家速滑馆索网结构形态分析关键问题研究

系统梳理了2022年北京冬奥会国家速滑馆索网结构形态分析中的关键问题,包括位形优化、固定边界下的形态分析和考虑弹性边界的形态控制。位形优化部分,介绍了决定索网位形关键参数的选取策略。首先基于理论双曲抛物面方程建立索网位形的数学描述;然后证明了正交正放双曲抛物面索网每个网格的四个角点共面,该特性使屋面模块可以按照平面设计和加工,显著降低加工和安装难度,从工程实施角度提出了索网位形控制的需求。之后根据几何约束条件,提炼出决定索网位形的关键参数,并通过参数分析,综合考虑JGJ 257—2012《索结构技术规程》建议范围、环桁架受力、预应力水平、刚度与用索量等因素,分别选取承重索垂度和稳定索拱度为8.25 m和7 m,进而确定索网的目标位形。形态分析环节实现了固定边界条件下的索网形态控制。考虑边界形状、拓扑关系、预应力和屋顶重量分布等因素的共同影响,通过形态分析,使索网初始态位形相对理论抛物面最大偏差距离不超过5 mm,基本吻合双曲抛物面,同时索网水平投影为严格的正交正放网格,保证每个网格的四个角点共面。通过调节预应力水平,可以控制预应力在索包络力中所占比重和几何刚度在结构总刚度中所占比重,达到结构综合指标最优。考虑弹性边界的形态控制是索网形态分析的最终目标。首先分析了支承结构弹性变形对索网形态的影响,发现直接应用固定边界形态分析得到的索网初应变时,索网初始态位形最大偏差为502 mm,承重索和稳定索内力分别下降了11.1%和7.3%。然后通过环桁架预变形和修正索网初应变,使主受力体系初始态中的索网形态与固定边界结果一致,实现了弹性边界下的索网形态控制,同时还使环桁架和斜拉索到达预定形态。     

椭圆双曲抛物面索—拱体系与索网结构静力性能的比较分析

本文利用几何非线性混合体系有限元程序对椭圆双曲抛物面预应力索—拱体系与相应索网结构进行了静力性能分析比较，表明了索—拱体系能有效地克服索网结构存在的弱点，较之索网结构优越。     

中国石油大厦单层平面索网结构设计分析

单层索网是点支幕墙中的一种新型支承结构体系,因其具有通透性好,轻盈美观和施工灵活等特点得到广泛应用。索网结构中索的初始预应力对结构的刚度影响很大,随着风载等作用下索网变形的发生,索网的刚度会随之变化,计算中需要考虑预应力、几何非线性以及边界条件的影响。中国石油大厦工程的中庭索网幕墙跨度为40.5m,高50.0m,其中东立面大厅入口处的雨篷悬挑长度达14m,依靠水平支承钢桁架、索网中的竖索和后排竖向平衡拉索实现其稳定。本工程单层索网结构因其跨度大、复杂程度高,给设计和施工带来较大困难。本文对该复杂柔性支承结构体的设计及施工进行了详细介绍,内容涉及荷载计算工况、承载能力、变形能力、施工张拉过程模拟计算等。     

索网结构抗火实用设计方法

进行了大空间索网结构在火灾下三维非线性有限元分析,通过对影响索网结构临界温度的各因素进行敏感性分析,确定了影响临界温度的主要因素为荷载比和预应力比.根据对工程中常见的三种平面形状的鞍形索网的临界温度参数分析,得到了鞍形索网结构临界温度与荷载比及预应力比关系的实用表格.对于确定索网结构荷载比所需的最大荷载给出了解析表达式,为索网结构抗火设计提供了简便实用的方法.     

旋转圆弧曲面索穹顶的预应力态分析和力学性能

提出一种母线为任意圆弧线的大矢跨比旋转圆弧曲面索穹顶的新形式.首先基于节点平衡原理，推导了旋转圆弧曲面索穹顶结构的索杆内力计算公式.然后研究了不同矢跨比与圆弧线矢长比对旋转圆弧曲面索穹顶结构预应力分布的影响，以了解结构预应力的分布规律和特性.最后，通过结构重力态的预应力损失分析、荷载态的极限承载力分析、荷载工况组合分析、几何参数对比分析以及模态分析，研究了旋转圆弧曲面索穹顶结构的静力性能与基本动力特性.结果表明，结构的刚度对厚跨比较矢跨比更为敏感、对矢跨比较圆弧线矢长比更为敏感，且半跨荷载较全跨荷载对结构更为不利.本文研究为索穹顶的分析计算、设计和造型提供了新形式和新思路.     

索网幕墙在自重与静风耦合作用下的找形研究

基于连续化理论模型,建立了静风荷载与索网结构面外位移约束及索力共同作用的静力平衡微分方程,结合预应力竖索和横索结构的既有理论分析,采用伽辽金方法分析得出索网幕墙结构考虑玻璃自重与平均风荷载耦合作用下的位移变形解,确定索网幕墙结构的静力作用最大变形位置;通过算例分析研究自重因素对索网幕墙找形的影响。结果表明,索网幕墙结构在平均风荷载作用下变形最大位移随着玻璃自重的增大而增大,而变形最大位移所在位置随自重的增大逐渐下移。     

大跨索网结构风振系数分析

大跨索网结构广泛应用于工程实际,该结构的风振系数是结构抗风设计的重要参数.以双曲抛物面椭圆平面索网结构为研究对象,通过三维有限元风振响应时程分析,得到了索网结构在不同矢跨比、阻尼比下的风振响应特点和风振系数的变化规律,由此给出一些有意义的结果和结论.     

劲性索网结构的固有振动分析

将双曲抛物面索网中的稳定索与承重索均用劲性索代替形成劲性索网结构,基于能量变分法和R ay le igh法提出了劲性索网结构的自振频率和振型的简化计算公式,用有限元法验证了本文方法求解劲性索网结构基频的精确性.对能量变分法和R ay le igh法进行了比较,对发现的问题进行了探讨.本文方法可用于劲性索网结构的动力计算,也可作为有限元方法的补充.     

Wind action evaluation on tension roofs of hyperbolic paraboloid shape

The need to cover large areas while maintaining unobstructed interior spaces is a permanent challenge in the design of medium and large span roofs. In compliance with international trends, this paper proposes anew a technology already used in the past for this type of application: tensile structures made of nets of tension cables. Although such structures meet the requirements of today’s market in terms of lightness, innovation of materials, cost-effectiveness and lack of intermediate supports, tension structures are rarely used in Italy, due to the lack of clear regulations on the structural design and the determination of environmental stresses on complex shapes such as hyperbolic paraboloids. This research follows two consecutive steps: the first one aims at developing an optimized procedure of preliminary designs for the cable structure; the second one focuses on the study of wind action on these structures. The hyperbolic paraboloid is the chosen shape for a parameterization leading to an optimized design of this kind of structure.     

椭圆形平面的双曲抛物面屋顶风洞试验

对于屋顶为双曲抛物面的建筑,主要国际标准中没有计算其风荷载的参数数据。然而,这种类型的屋顶比传统结构更有优势,且特别适用于中等跨度和大跨度结构中。研究旨在参数化4种不同形状(分别为正方形、长方形、圆形和椭圆形)双曲抛物面屋顶的风压系数。特别针对椭圆形屋顶进行了研究。为计算压力系数,对不同形状的屋顶进行了空气动力学风洞试验,并将椭圆形与圆形屋顶进行了对比,证实了椭圆形屋顶的高效性。     

Advanced analysis of multi-span suspension bridges

In this paper, an efficient analysis method considering both geometric and material nonlinearities is proposed for predicting the ultimate strength and behavior of multi-span suspension bridges. The geometric nonlinearities of the cable members due to sag effects are captured using the catenary element, while the geometric nonlinearities of the beam-column members due to second-order effects are captured using the stability functions. The material nonlinearities of the cable and beam-column members are considered using elastic–plastic hinge and refined plastic hinge models, respectively. A simple initial shape analysis method is presented to determine the deformed shape and initial cable tension of the bridge under dead loads. Numerical examples are presented to verify the accuracy and efficiency of the proposed method. In addition, a case study on a four-span suspension bridge is carried out to show the capability of the proposed method in estimating the strength and behavior of very large scale structures.     

几何缺陷对HP薄壳性能的影响

针对双曲抛物面(HP)混凝土薄壳结构可能出现的几何缺陷问题,根据假设的几何缺陷函数,采用混凝土弥散开裂模型,通过对存在几何缺陷双曲抛物面薄壳结构性能采用大型通用有限元软件Abaqus进行分析。得出结构中几何缺陷削弱了结构的极限承载力,结构的几何缺陷减小了结构的刚度。     

后张拉预应力成型鞍形网壳分析

对某一后张拉预应力成型鞍形网壳模型的成型过程进行非线性有限元计算,建模时,考虑了几何非线性和材料非线性,"管一管"接触算法应用于梁、杆单元组成的结构模型中,使用连接件模拟了上弦杆搭接螺栓连接以及腹杆的鸭嘴端螺栓连接.结果表明:与前人的建模和分析方法相比,成型预测精度大幅度提高;在杆件应力及内力分布趋势上,有限元结果与试...     

斜拉网壳结构的非线性静力分析

斜拉网壳结构是一种新颖的杂交结构体系,是“刚性”和柔性基本结构结合的典型,可跨越更大的跨度。本文基于Taylor展开公式和变分原理,推导了具有二阶精度的空间杆单元新型几何非线性刚度矩阵。研究了斜拉索的非线性问题和塔柱简化计算问题。针对弹性和刚性支座,以及是否考虑塔柱共同工作等影响因素,借助孤长法,数值计算了斜拉柱面和斜拉穹顶网壳结构极限承载力问题;同时,分别与相应的网壳结构计算结果进行了比较,最后,得出了有应用价值的结论和建议。     

悬索及其索网在高温(火灾)作用下的计算

对悬索及其双曲索网结构在索张紧状态下发生火灾时结构的反应特点进行分析。在节点荷载作用下,悬索及其双曲索网的面内位移相对于面外位移来说是一个较小量,可以忽略;且高温作用下索网结构具有"卸载"的特性,据此对悬索及其索网结构在荷载作用同时经受高温作用时结构反应进行理论推导,同时,考虑了材料和索网结构的几何非线性问题。算例表明,该方法正确、简便,精度满足工程要求。     

500 m口径球面射电望远镜索网结构形态和受力分析

500m口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope，FAST)是国家重大科技基础设施项目。口径500m、半径300.4m的球冠形索网是FAST反射面的主体支承结构。通过促动器的主动控制，索网可以在标准球面和不同抛物面之间转换，即索网为可主动变位的结构。针对FAST索网结构设计中由主动变位引起的形态分析和轻量化需求等问题开展研究，提出了目标位形应变补偿法，统一了球面基准态和抛物面态的形态分析方法，解决了多目标位形索网结构的形态分析问题；提出预应力优化方法，将球面基准态最大索力降低了29%；研究了索网球面基准态和抛物面态的受力性能，并与实测结果进行对比，索力吻合较好,50%以上钢索索力相对误差在5%以内。