高矢跨比索拱结构体系设计与研究

以中铁青岛世界博览城十字展廊工程为背景,对高矢跨比索拱结构的力学性能进行了研究,发现索拱结构可有效改善高矢跨比纯拱结构的力学性能,尤其是风荷载作用下水平向抗侧刚度得以显著的提高.采用三角形刚性撑杆的索拱结构力学性能改善最为显著,但张拉构造措施较为复杂,且必然存在一定的预应力损失,于是提出了采用三角形柔性撑杆的弦撑式索拱结构,并进一步探讨了影响此结构形式力学性能的多个关键因素.通过对索桁架顶部结构高度取值研究,发现该值在一定区间变化时,其中起控制作用的性能目标并无显著影响.通过对上弦梁分格数量和尺寸研究,发现随着网格数量不断增加,上弦梁构件应力比逐渐降低.当上弦梁拱脚根部以上区域分格数量超过8时,构件应力比趋于稳定.对拱脚支座水平刚度进行研究,结果表明高矢跨比索拱结构对其边界水平向刚度的要求较低,支座刚度对索拱结构力学性能的影响,实际工程中多数情况下可以忽略.通过对支座是否允许滑动和不同的滑动时机分析,发现索拱结构支座允许滑动,将导致外部荷载作用下支座滑移幅度过大,支座节点难以处理.下弦索可施加的索力有限,无法满足腹索索力始终不松弛的性能目标.最后建议索拱结构两侧均采用不可滑动的铰接支座,并对下部支撑结构进行必要的施工阶段承载力验算,从而保证索拱结构的安全.     

新型落地索拱结构及其力学性能分析

提出了一种新型落地索拱结构,相比于其他类型索拱结构,该结构可以保持较高的室内净空,建筑使用功能和建筑效果较好。建立了跨度60 m,矢跨比分别为0.2、0.3和0.4的纯拱和索拱结构的力学模型,对比了不同矢跨比下纯拱和索拱模型的承载力、刚度、动力特性和稳定性等力学性能指标及用钢量。结果表明：该新型索拱结构可以有效降低拱结...     

考虑下部支承结构协同变形的椭圆形弦支穹顶结构温度效应研究

空间结构周边约束刚度是影响结构温度变形和温度应力的主要因素之一。周边约束刚度与支座刚度、下部支承结构侧向刚度有关,而目前大部分研究中忽略了下部混凝土支承结构侧向刚度的影响,使得分析结果不能准确反映结构的实际状态。以天津宝坻体育馆椭球形弦支穹顶结构为背景,建立包含下部混凝土支承结构的整体模型,研究了下部支承结构侧向刚度对结构温度效应的影响,发现合理考虑下部支承结构的侧向刚度可有效降低结构的温度应力、温度变形和支座反力。     

一种新型预应力索拱结构设计及工程应用

结合工程实例,研究了索拱结构选型和有限元分析的方法,分析了支座刚度、高跨比、拱身截面、索截面等各项参数对其受力性能的影响。研究了预应力索拱结构平面外和平面内的稳定性能。结合工程实例介绍了索拱结构的工程应用,并给出了设计建议。     

一次张拉V形腹杆内凹式索拱结构稳定承载力参数分析

稳定承载力是索拱结构分析和设计的主要内容之一。为了得到一次张拉V形腹杆内凹式索拱结构各主要参数对其稳定承载力的影响规律,利用ANSYS建立了索拱结构的有限元模型,采用考虑初始几何缺陷和双重非线性的全过程分析方法对其进行了静力稳定性参数分析。得到了支座水平刚度、腹杆数量、矢跨比、拱截面、索截面、腹杆截面和拉索初始预应力对该索拱结构静力稳定承载力的影响规律,可为该种类型索拱结构的工程设计提供参考。     

交叉布索新型索-拱结构的静力性能及参数分析

结合弦撑式索-拱结构的撑杆布置特点以及张弦式索-拱结构的布索特点,提出了一种交叉布索索-拱结构。为了研究拉索节点位置、矢跨比、预拉力对新型索-拱结构的静力性能影响,建立了跨度60 m的交叉布索索-拱结构,采用ANSYS分析结构的静力性能,得出了一些实际性的结论。拉索节点位置越靠近拱体中点越可以极大地提高结构的竖向刚度,在均匀荷载作用下,拉索节点位置半跨1/6处结构的最大竖向位移比5/6处降低了40%;矢跨比的增加会提高结构拱脚处的稳定性,在不均匀荷载作用下,矢跨比0.15结构的水平支座反力比0.4降低1/3以下;预拉力的增加会降低下部索松弛的风险,但是增加拱体承担荷载的压力建议预拉力取值200 kN左右。     

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。     

混凝土支承对大跨度空间网格结构力学性能影响及简化分析方法研究

迄今为止,国内外针对上部空间结构与下部支承结构协调工作的研究相对较少,采用固定支座、铰支座及滑动支座代替混凝土支承的处理方式无法准确反映结构的实际受力状态。通过对支承在约束方向上提供不同刚度的研究,提出考虑支承刚度的简化计算方法。分别将该简化计算方法、整体计算方法应用于深圳湾体育中心工程中,并与独立屋盖结构的计算结果进行对比,得出了三种计算方法在周期、振型、单元应力、杆件内力、结构位移及支座反力等方面的差异。研究表明:混凝土支承对大跨度空间网格结构模型的整体性能产生了显著影响,且整体结构计算模型的计算结果大多会偏于不利,因此有必要考虑空间结构与下部混凝土支承的协同工作。考虑支承刚度简化的计算模型的分析结果与整体结构计算模型吻合较好,有效地模拟了支承的弹性效应,并在约束方向上对空间结构提供了正确的刚度。     

基于ANSYS的索-混凝土弦支梁结构体系力学性能分析

采用ANSYS方法,对一种新型的体外索混凝土组合梁与普通混凝土梁进行对比试验,研究这两种混凝土梁受力过程中的跨中位移、不同支座距离的位移影响及索初始应力条件下梁力学性能的差异。试验证实,体外索混凝土组合梁比普通混凝土梁的刚度提高44.23%,由于体外索的作用,减少了混凝土梁的脆性破坏程度,提高了结构的强度与刚度。     

一种新型预应力索-拱结构的弹性稳定性能研究

本文所介绍的索-拱结构,是在圆弧或椭圆形拱轴线上,按照拱在重力荷载作用下的弯矩变化图设置撑杆和拉索（或预应力拉索）,以改善拱轴线上不均匀分布弯矩,达到提高纯拱结构刚度及稳定承载力的目的.利用弧长法对这种索-拱结构在全跨均布荷载和半跨均布荷载作用下的面内稳定性能进行了弹性大挠度跟踪分析,揭示了它的受力特性和破坏机理;同时文中还分析了矢跨比和撑杆高度的变化对索-拱结构受力性能的影响.     

张弦空间结构与下部结构静力相互作用分析

根据国内张弦结构项目屋盖的关键受力构件布置方式与支承边界平面水平投影线的组合进行了屋盖结构分类,从屋盖支座设置方式和索初始预拉力入手,分析了张弦桁架结构屋盖在不同支座形式时不同索初始预拉力对下部支承结构的作用力及屋盖结构的力学响应。分析表明,为充分实现张弦屋盖的自身控制功能,降低张弦桁架空间屋盖与下部支承结构的静力相互作用影响,应从屋盖结构总体系的层面综合考虑进行张弦桁架空间屋盖结构的布置,合理确定索初始预拉力,从而正确选择结构静力设计计算模型。     

预应力索拱结构选型及其受力特性分析

结合某体育馆预应力索拱屋架方案的设计 ,研究了预应力索拱结构的优选和有限元分析方法 ,比较了不同布索方案和拱脚抗推刚度对预应力索拱结构内力和变形的影响 ,并提出了一些具体的设计建议。     

考虑下部支承效应的单层柱面网壳结构抗震性能研究

为研究下部支承对单层柱面网壳整体结构抗震性能的影响,建立了包含下部支承的整体结构有限元模型。通过增量动力分析方法对典型算例开展参数分析,分析了下部支承刚度、屋面荷载等参数对整体结构抗震性能的影响规律。结果表明：考虑下部支承与单层柱面网壳的耦合效应后,结构的自振频率减小,整体结构的刚度明显减弱;单层柱面网壳耦合体系的强震失效模式为强支承结构的网壳动力强度破坏与弱支承结构的支承动力强度破坏;随着支承刚度的增加,整体结构的承载力先减小后增大,网壳结构的塑性发展程度先增加后减小,下部支承结构的塑性发展程度逐渐减小;支承刚度越大,屋面荷载对结构承载力的影响越明显,整体结构的承载力随着屋面荷载的增加逐渐降低;考虑下部支承后整体结构的承载力降低了42.4%~85.5%,降低的原因主要包括下部支承结构的动力放大作用和柱间的不同步效应。     

考虑下部柱支承四角锥网架结构动力响应分析

近些年来破坏性地震造成了很多大空间网架结构中的支承杆件的屈曲、支座处支承杆的断裂等不同程度的破坏,如汶川地震、芦山地震均有此类情况发生,使得国内外的学者对其破坏机理的研究给予更高的重视。同时,对以往仅考虑上部网架结构本身结构特点而忽略下部支承结构在振动中的偶联影响的分析方法做了重新的审视。对地震作用下考虑下部结构的整体网架结构进行分析,以带有柱支承的正放四角锥和斜放四角锥的两种典型网架形式为例,在水平和竖向地震作用下,对不同刚度下部支承构件的网架结构抗震性能进行对比分析,同时研究了场地类型条件对于考虑下部柱支承网架结构的影响,分析给出不同刚度支撑在水平地震动反应谱和竖向地震动反应谱作用下对整体网架结构抗震性能的影响的具体范围,并提出对于两类常用四角锥网架结构的水平刚度作用系数和修正了原有的竖向地震作用系数。     

索支承实腹式钢拱承载性能影响因素分析

运用由梁单元、杆单元及索单元组成的混合非线性有限元法对索支承实腹式钢拱结构进行参数分析,从而明确了撑杆数目、撑杆长度、钢索预应力、跨高比等因素对这种结构力学性能的影响,得出了一些有用的结论。     

索支承实腹式钢拱结构承载性能的试验研究

本文设计并完成了一榀10m跨索支承实腹式预应力钢拱模型试验.通过对不加预应力的普通拱以及两种不同索支承钢拱的静力试验,不仅验证了索支承钢拱结构在承载性能上的优越性,而且得到了在预应力施加过程中以及在荷载作用下索支承钢拱结构内力和变形的变化规律.试验还就索支承钢拱的节点构造形式进行了探讨.本文还采用混合有限元法分析试验模型,并与试验结果进行了对比分析.     

弹性支承拉索动力特性研究

拉索的动力特性是拉索性能分析的基础.考虑弹性支承的影响建立了拉索动力分析的数学物理模型,研究了拉索的动力特性.研究表明:弹性支承刚度增大,索的整体刚度增大,索的自由振动频率增大;弹性支承刚度对奇数阶频率的影响远大于对偶数阶频率的影响;当反映索弹性支承刚度大小的无量纲参数k＞25时,认为索两端固定,可不考虑索弹性支承刚度...     

预张力斜拉索拱与索拱结构的静力性能比较

预张力斜拉索拱结构体系在索拱结构的基础上添加了上部斜拉系统,因此呈现出不同的力学性能。通过对预张力斜拉索拱结构与索拱结构在相同荷载工况作用下,结构的内力、位移和支反力的参数比较分析,得出两者在静力性能的异同。结果表明,预张力斜拉索拱结构的静力性能优于索拱结构。     

网壳屋盖与下部支承结构动力相互作用研究

本以双层柱面网壳为研究对象,系统地研究了网壳屋盖与下部支承结构共同工作问题。针对钢网壳及混凝土支承体系这类组合结构,论首先推导出不同材料组合结构阻尼比的实用计算公式。进而通过对固定铰支座、弹性支座和整体分析模型多个网壳结构计算结果进行对比,指出若不考虑支承刚度而按固定铰支承进行分析将使设计极为不安全。与此同时论验证了用弹性支承代替整体分析的实用分析方法。     

高G值LRB支座力学性能温度相关性影响因素分析

为探索各种因素对高G值铅芯隔震橡胶支座(简称LRB)水平力学性能温度相关性的影响,本文采用反复加载的试验方法,研究了G值大于等于0.8MPa的LRB支座在不同水平应变、不同竖向压力、不同频率、不同内部橡胶G值(0.8MPa,1.0MPa及1.2MPa)以及不同温度加载顺序情况下的水平性能温度相关性。分析了上述各种因素对高G值LRB支座的屈服后刚度、屈服强度、单圈滞回面积、等效刚度及等效阻尼比等温度相关性的影响程度,给出了除应变外综合考虑上述各种因素后屈服后刚度、屈服强度拟合经验公式。研究表明,竖向压力、加载频率、支座内部橡胶G值和温度加载顺序对其影响较小,而应变对其有较大程度影响。总体上讲,支座屈服后刚度及屈服强度随温度的增加而呈指数减少。