索穹顶结构整体张拉成形模型试验研究

索穹顶结构既可以通过对所有拉索施加预应力完成对结构预应力的施加,也可以通过对部分拉索施加预应力,其他拉索被动受力达到整个结构被赋予预应力,根据索穹顶结构预应力施加的不同方法,探讨索穹顶结构预应力成形过程。采用不同的预应力施加方法对结构进行全过程仿真分析,表明结构的最终内力和位形与预应力施加方法无关。结合内蒙古伊旗全民健身体育中心索穹顶实际工程,制作了1∶4的试验模型,按照地面组装、分步提升、整体张拉的思路,采用ANSYS数值模拟对成形过程进行了全过程仿真分析,对索穹顶张拉成形方法进行验证。通过在模型试验过程中合理布置拉力传感器对结构从拼装到成形的全过程进行内力跟踪监测,监测结果与仿真分析结果吻合较好,从试验模型的内力变化曲线可找到内脊索开始受力即为结构由机构转变为结构的转折点。     

用于网架结构加固的索撑、套管集成加固法及工程应用

某游泳馆设计于1993年,竣工于1996年,屋盖为正放四角锥螺栓球平板网架。在改建过程中,因有使用功能升级及设备改造,对其进行检测、鉴定及加固,鉴定结果表明,屋盖网架结构不能满足安全性及耐久性要求。针对节点及杆件的不同受力特征,采用了不同的加固方法:采用增设加劲肋解决平板支座承载力不足问题,采用新型预应力高钒索、钢支撑及套管集成加固法解决杆件、节点承载力不足及杆件稳定性不足的问题。预应力高钒索、支撑及套管集成加固方法形成了网架结构加固的成套技术体系,避免了网架结构加固中的焊接作业,消除了焊接应力的影响以及焊接过程中钢管高温软化可能导致的非预期破坏,大大缩短了施工作业时间,取得了良好的社会与经济效益,为以后类似改造工程提供了借鉴。     

预应力网架结构的简捷计算法及施工张拉全过程分析

本文引入初内力的概念,提出并建立初内力准则方程式来简化分析计算预应力网架结构。这种简捷计算法在分析各种预应力工况时,只要一次性建立、分解和应用网架的总刚度矩阵,使计算工作量大为简化。当单根杆件施加预应力、多根杆件施加预应力、同一杆件各股分别施加预应力以及分级分批施加预应力时,采用本文提出的方法可方便求得各工况下预加应力全过程的网架内力和变位及其变化规律,并可一次性地完成预应力施加工作。文中附有多个算例,计算结果表明,本文提出的简捷计算法是正确、可靠和有效的。     

多张法网架结构施工的控制

介绍了多张法预应力网架结构施工基本原理和多次预应力的施加方法,并且在预应力网架结构杆件基本理论研究的基础上,通过对预应力网架结构施工进行张拉全过程分析,给出了在已有施工内力的预应力杆上分级分批施加施工控制应力的理论计算方法。这样在施工的过程中无须进行预应力调整,达到方便施工的目的。     

多阶段预应力空间网架结构一次张拉计算法

该文提出多阶段预应力空间网架结构一次张拉计算法,将某一阶段第i次对i预应力杆增加的预应力值作为未知数,通过结构力学方法建立该阶段预应力准则方程式并求解之。然后可计算该阶段i次预应力各预应力杆的控制值(包括各预应力杆原有的内力值),后张预应力对先张预应力的影响值,以及网架结构杆件内力和节点变位,直至该阶段最后一次预应力时得到该阶段各预应力杆的设计内力值及网架结构内力和变位。重复这样的分析计算可得到多阶段预应力网架结构预应力杆的最终内力控制值及网架杆件内力和节点变位。采用该方法,预应力杆的内力值在预应力张拉过程中无需调整,可一次性完成预应力施加操作过程。该文中附有算例说明,计算结果表明:提出的多阶段预应力空间网架结构一次张拉计算法是正确、可靠和有效的。     

预应力索杆组合空间网架结构研究

预应力平板网架结构施加预应力方案有两种 ,一种是在普通网架的下弦平面下设置预应力索 ,另一种是通过强行调整网架结构支座的高差来达到施加预应力的目的。为此 ,提出一种新型组合结构———预应力索杆组合网架结构 ,研究了用钢索代替下弦杆 ,并在每段钢索上施加不同预应力时所引起的结构内力和变形情况 ,与普通网架结构进行对比 ,指出了这种索杆组合网架结构的特点和应用于大跨度建筑中的潜力。     

下部支承刚度对悬挑网架抗震性能的影响分析

针对某运动场主席台悬挑网架建立四种下部支承刚度的整体分析模型,在多遇地震下考察不同下部支承刚度对网架受力性能的影响.发现增大柱截面会使网架竖向位移和应力增大;增设剪力墙可使竖向位移和部分杆件的内力减小,但同时会使X向位移和部分杆件内力增大;减小柱截面会使悬挑网架的扭转效应增强,仅少部分杆件内力增大.建议在悬挑网架设计时,充分考虑下部支承刚度.     

体外预应力混凝土简支梁-索组合单元受力性能研究

基于伸缩斜腹杆施加体外预应力的新加固技术,以三腹杆体外预应力技术加固的简支梁为研究对象,应用积分原理和变形协调原理,建立了加固后简支梁的理论模型,推导了挠度与体外索内力增量关系的表达式以及荷载-挠度关系的表达式;通过数值模拟方法建立ABAQUS有限元模型,研究了索截面面积、索垂度、索初始内力等因素对加固后简支梁结构性能的影响规律;后又做了三组试验,对理论分析和数值模拟的研究结果进行了验证。研究表明:一般地,加固后梁的内力以及截面应力均发生重分布,随着体外索三影响因素(索截面面积、索垂度、索初始内力)设计值的提高,加固后简支梁的刚度、开裂荷载、极限荷载、结构延性均得到改善,比如在试验结果中开裂荷载提高24%~40%、极限荷载提高15%~42%、结构延性提高14%~40%。需要强调的是体外索设计参数的高初始内力、小截面、大垂度各工况下,结构发生脆性破坏的概率会增大,在加固设计时应当避免。理论结果、试验结果与模拟结果仅在弹性阶段吻合,而试验结果与模拟结果始终吻合,表明理论推导的体外索内力增量公式及弹性阶段的承载力公式可靠,能用于工程实践。     

谈支承条件对网架结构的影响

结合具体的工程实例,分析了橡胶支座、悬臂柱支座、刚铰支座三种支座的受力性能,并对三种支承条件下的网架位移、杆件内力进行对比,通过对三种支座的具体分析,可以得出,橡胶支座条件下网架结构虽然容易发生竖向位移,但是有助于降低网架结构杆件内力,可以减少其受力,为工程的科学设计施工打下基础,同时为相关方面提供一定的借鉴作用。     

拉索预应力空间网格结构在我国的研究和应用

拉索预应力空间网格结构由钢索和空间网格结构组成 ,空间网格结构包括网架、网壳、组合网架及组合网壳等结构 ,通过张拉钢索对空间网格结构施加预应力 ,钢索和空间网格结构形成自相平衡体系 ,而不需要其他构件承受钢索的拉力。对空间网格结构施加预应力可改善空间网格结构受力状态 ,降低结构内力峰值 ,增大结构刚度 ,提高结构承载力 ,预应力使杆件反复受力 ,充分发挥材料的强度 ,从而降低了结构耗钢量 ,节省了造价。对网壳及组合网壳结构 ,还可减小支座的水平推力 ,甚至不产生水平推力 ,在竖向荷载作用下 ,支座只有竖向反力 ,改善了网壳及组…     

预应力索网架在深圳市市民中心博物馆采光顶中的应用

深圳市市民中心博物馆玻璃采光顶 ,平面尺寸为30ｍ× 5 4ｍ ,是国内首次采用预应力索网架作为点支式玻璃的承重结构的工程。这种预应力索网架由正交斜放的平面索桁架组成 ,上、下弦及斜腹杆均按拉杆设计 ,因而杆件纤细通透、受力合理、施工方便 ,与玻璃的配合协调、新颖美观、富有现代感。预应力索网架上、下弦采用2 5 9ｍｍ的铝包钢绞线 ,索端采用带螺杆的冷挤压锚头 ,可对索拉力进行调控 ,斜腹杆采用2 0～ 2 4ｍｍ的不锈钢拉杆 ,竖腹杆为5 0×5ｍｍ的不锈钢管 ,腹杆与弦杆间通过压块和压紧螺钉等零件形成节点连接。结构承受荷载前…     

三层网架结构设计及抗震性能研究

以实际工程为例,进行了四种不同网架方案的比较,分析了双层网架与三层网架的受力规律;通过支承体系与网架的整体建模和协同作用分析,给出了支承柱受力情况;详细研究了三层网架的动力特性,比较和总结了三层网架地震内力影响系数,三层网架在竖向地震和水平地震作用下各层杆件的动内力分布规律。研究表明,三层斜放四角锥网架结构具有优越的受力性能,并且用钢量低,是大跨度矩形平面屋盖的合理结构形式。研究成果为工程设计和该类结构推广具有重要的指导意义。     

葵花型索穹顶初始预应力分布的简捷计算法

葵花型索穹顶是美国工程师LEVY和JING在GEIGER设计的肋环型索穹顶基础上开发的一种新型穹顶,并应用于1996年亚特兰大奥运会主赛馆的屋盖结构———乔治亚穹顶。由于索穹顶结构的刚度由预应力提供,根据结构初始几何形状、构件的关联关系(拓扑)确定形成一定刚度的初始预应力是索穹顶设计首先要解决的问题。本文针对葵花型索穹顶结构提出了确定初始预应力分布的简捷计算法。该法从节点平衡关系入手,推导了不设和设有内环的葵花型索穹顶预应力杆内力一般性的计算公式。对特定参数的索穹顶结构还给出了内力计算用表。计算结果表明,随矢跨比增加,葵花型索穹顶的脊索、斜索和环索内力减小,竖杆内力增加;对应相同矢跨比,设有内环的葵花型索穹顶结构各类相应杆件内力比不设内环的内力小得多。     

华贸广场索穹顶膜结构的设计与施工

北京华贸中心是由写字楼、商城、酒店公寓等组成的大规模商务建筑群,其间为华茂广场,后由于使用功能要求在广场上加建顶盖.根据已建结构及空间,采用盖格体系索穹顶膜结构.首先进行初始形态(找形)设计,确定预拉力分布及形状.然后进行在风荷载、活荷载等作用下的受力分析,依据杆件强度、整体变形及支座反力等指标,修订初始预拉力,重新进行找形设计.反复迭代,直至能够满足受力性能的合理初始形态.为保证施工过程能够准确施加设计预定的索拉力,进行了施工过程模拟验算.内环采用双层,以保证层间开敞通风.膜材选用了两种不同透光率的材料,并采用环向热合缝布置,以丰富建筑表现.竣工效果良好,充分体现了索穹顶体系结构受力合理、建筑轻盈飘逸的特点.     

网架输料栈桥结构加固设计

文章针对某水泥厂大跨度网架栈桥结构运营中出现的质量问题进行结构加固,提出了三种加固方法,开展了比选分析。通过对三种加固方法的计算分析发现:上下部结构采用刚性连接和增加上部结构斜支撑的加固方法减少了10%的挠度,但应力比仍然大量超限,同时现场焊接工作量大,实施难度较大。体外预应力拉索加固方法减小了25%的挠度,超限杆件和应力比明显降低,不需要较大的焊接面,加固效果明显且对结构和环境影响小,为较优的加固方法。     

新型的结构体系-双向张弦梁结构

研究了双向张弦梁作为屋盖结构的受力特性,计算了在施加索预应力及荷载后该结构的内力分布以及位移情况,表明了双向张弦梁结构具有极好的空间受力特性。对上弦拱截面、索预应力和矢高等参数变化进行了分析,得出了有宜的结论。     

重载屋盖下大跨度连续预应力钢桁架设计研究

以某大跨度、重荷载屋盖工业厂房为例,提出大跨度连续预应力钢桁架的结构体系,根据厂房屋盖轻钢别墅永久荷载布置特点,分别对单榀连续钢桁架无预应力、下弦杆全长施加预应力、局部施加预应力3种状态及不同预应力度下的局部预应力钢桁架进行杆件内力对比分析,结果表明局部预应力技术能有效降低杆件内力峰值,使结构的内力分布更加合理.对相同承载力控制指标下2种预应力体系及非预应力体系的厂房整体结构进行静力分析,结果表明局部预应力结构体系能满足规范要求且更加经济.     

奇异值分解法在索穹顶结构设计中的应用

以某索穹顶工程为背景,介绍了平衡矩阵奇异值分解法的理论及其在确定索杆体系初始预应力分布中的应用。并指出当采用平衡矩阵奇异值分解法求解索穹顶结构的整体自应力模态时,对杆受压、索受拉的杆件正确分组是能否得到满足整体平衡的初始预应力分布的关键。采用以上方法得到初始预应力分布后,即可对索穹顶结构进行非线性有限元分析,求得各荷载态下结构的受力性能,反复迭代多次得到整体结构几何稳定的最终预应力分布。     

预应力网架结构施工控制应力确定方法

在预应力网架结构杆件基本理论研究的基础上,通过对预应力网架结构施工进行张拉全过程分析,给出了当逐次增加单根预应力杆并施加预应力时,杆件施工控制应力的理论计算方法。可以一次性完成预应力施加,无需进行预应力调整,达到方便施工的目的。     

肋环人字型索穹顶受力特性及其预应力态的分析法

提出一种肋环人字型索穹顶,其形体构造设有两根人字型撑杆,改变了现有符合Fuller思想的张拉整体类索穹顶,如肋环型、葵花型、Kiewitt型、鸟巢型索穹顶只设单根撑杆即竖杆的特点。肋环人字型索穹顶上、下弦节点的索杆数均为6,与最常见的上下弦节点数为4的肋环型索穹顶相比,可改善结构的稳定性;上下弦节点错位布置,便于铺设环向折线形膜面。针对肋环人字型索穹顶提出确定预应力态的分析计算方法,该法从节点平衡方程入手,推导了不设和设有内孔的索穹顶预应力索杆内力的通用计算式。对不设和设有内孔两种形式特定参数的索穹顶给出了内力计算用表和算例分析。结果表明,结构预应力态杆件内力由内圈至外圈逐步增大,随结构矢跨比增大肋环人字型索穹顶的杆件内力减小。计算结果可供工程设计参考。