拱形张弦拱结构模型试验研究

本文介绍了三组不同矢(垂)跨比拱形张弦拱结构模型的静力与动力特性试验研究情况。模型静力试验包括全跨均布荷载、半跨活荷载、预应力张拉过程模拟以及极限承载力试验;模型动力特性试验测试了结构的自振频率与振型,其中质量块按拱下吊挂配重与拱上附着配重两种方式。试验结果与理论公式及有限元分析进行了比对,证明了理论公式的正确性和可靠性。静力试验得出了拱形张弦拱结构的线性特性、支座水平位移与跨中竖向挠度大小相当、预应力对支座水平位移的控制作用,动力特性试验给出结构的基本振型为反对称双半波、质量块的设置方式对自振频率与振型有较大差异等结论。本文研究成果对该新型结构的工程应用有较好的参考意义。     

考虑高台基影响的西安安定门城楼动力特性及地震响应分析

为了准确评估西安安定门城楼的结构特性及抗震性能,采用原位动力特性测试与有限元数值模拟相结合的方法,对城楼进行考虑及不考虑高台基(瓮城东城墙)影响的动力特性及地震响应分析。首先对城楼上部木结构进行原位动力特性测试,获得其自振频率和振型;然后分别建立城楼上部木结构、高台基及整体结构(高台基+木结构)的三维有限元模型,采用模态分析方法获得了各计算模型的自振频率和振型,将上部木结构自振频率和振型的模拟结果与原位测试结果进行对比以验证模型的正确性,并进行上部木结构计算模型与整体结构计算模型动力特性的对比分析;最后分别对上部木结构和整体结构模型输入不同幅值的El Centro波、Taft波及兰州人工波三种地震激励,将两种计算模型的动力响应进行对比。结果表明：高台基对城楼5阶以上的高阶频率和结构振型影响较大,并使上部木结构的位移响应、层间位移角、加速度响应及楼层剪力均有较大程度的增大,对结构的抗震性能产生不利影响。     

润扬大桥悬索桥动力特性分析与实测变异性研究

对我国首座采用刚性中央扣代替短吊索设计的润扬大桥悬索桥进行了动力特性分析与实测变异性研究。首先,通过建立三维空间有限元模型,计算了30种不同伸缩缝刚度下的动力特性参数,研究了悬索桥动力特性的边界敏感性;其次,对基于环境激励的桥面模态试验分析结果以及结构健康监测系统获取的不同时期动力特性参数进行了分析,重点研究了通车前后动力特性参数的变异性,指出了部分振型自振频率发生较大变化的原因。研究结果表明:悬索桥动力特性具有较强的边界敏感性,伸缩缝刚度的变化能够引起部分动力特性参数发生较大的变化。设置中央扣后悬索桥一阶反对称振型自振频率边界敏感性增大。在对悬索桥的动力特性进行精确分析时,主梁两端边界条件不容忽视。研究成果对同类大跨度悬索桥的设计和安全评估具有重要的参考价值。     

车辐式索桁架模态分析与试验研究

通过对跨度为60m的圆形车辐式索桁架屋盖按照1:10缩尺模型进行模态分析和模型试验,考察了拉索预应力、矢跨比及内外环直径比3个参数变化对结构自振特性的影响,对比分析了前4阶振型的试验结果与理论计算结果。结果发现:结构第1、2阶振型为反对称上下振动,第3阶为内环扭转振动,第4阶为内环相对扭转振动;试验和理论结果误差在10%以内,试验振型与理论振型基本吻合;前4阶振型的频率均在10Hz以上,表明车辐式索桁架结构为低频动力响应,自振频率较小且分布密集;预应力水平越高,振型频率越大,则结构刚度越大;矢高增加,结构频率随之减小,结构更容易发生侧向失稳;内外环直径比越大,结构扭转刚度相对会减小,容易发生扭转失稳。     

桅杆结构动力特性分析及试验研究

通过对桅杆结构中纤绳及杆身的非线性分析,建立了桅杆结构空间自由振动方程,应用子空间迭代法可求得任意个低阶振型和频率。对不同风向及不同纤绳初拉力下桅杆结构的动力特性进行分析,与试验研究比较表明,理论计算结果与试验结果吻合良好。     

2008奥运羽毛球馆新型弦支穹顶结构抗震性能试验

利用九子台阵系统完成奥运羽毛球馆弦支穹顶结构1:10大比例模型的抗震性能试验。利用人工正弦激励和环境激励两种方法测得模型的多阶自振频率、振型、阻尼比。通过振动台试验得到模型在地震动作用下的加速度、位移、应变响应及响应变化规律。试验结果表明:场馆在8度大震作用下,材料始终处于弹性阶段,结构具有良好的抗震性能。     

钢桁梁悬臂施工状态模态试验及有限元分析

为了获得钢桁梁在悬臂拼装施工状态的振动特性参数,以便对钢桁梁施工阶段的有限元计算模型进行校核;加工制作了某钢桁梁试验模型,采用DASP动态测试系统实测了模型梁的频率和振型,基于实测结果采用有限元计算软件MIDAS对钢桁梁模型进行了有限元分析,间接识别了螺栓的连接刚度。模型试验结果表明:模态试验测得钢桁梁悬臂施工状态的前3阶振型与有限元计算的振型基本吻合;基于修正后的有限元计算模型模态分析结果与实测结果误差小于4%,修正后的模型较好地模拟了结构的实际状态。     

桅杆结构动力特性研究及试验验证

本文通过对桅杆结构中纤绳及杆身的非线性分析，建立了桅杆结构空间自由振动方程，应用子空间迭代法可求得任意个低阶振型和频率。对不同风向及不同纤绳初拉力下桅杆结构的动力特性进行分析，与试验研究比较表明，理论计算结果与试验结果吻合良好。     

某羽毛球运动场穹顶结构抗震性能研究

对北京市某穹顶钢结构羽毛球馆的抗震性能进行分析,按照1∶10的比例制作了该羽毛球馆的模型,利用清华大学模拟地震振动台进行模型试验。试验采用环境激励和人工正弦激励两种方式进行加载,通过试验测得该模型在地震波作用下的振型、自振频率和阻尼比。在模型上安装加速度计、应变片等传感器测得模型在动载作用下的应变响应、位移、加速度和响应变化规律等。对试验数据进行分析,得知在8度地震作用下,该结构处于材料的弹性阶段,说明该结构的抗震性能较好。     

2008奥运会羽毛球馆大跨度新型弦支穹顶结构体系的优化设计选定

简要总结了2008奥运会羽毛球馆的建设背景,落实"绿色奥运,科技奥运,人文奥运"理念的思路和措施,阐述了预应力弦支穹顶结构新体系优化设计及选定过程,概括了本工程在体系优化设计、结构整体稳定分析、张拉施工仿真模拟、结构静力和动力模型试验、结构健康监控等研究工作。本文研究成果直接用于2008奥运会羽毛球馆新型弦支穹顶结构设计和施工,可供今后同类结构的设计、施工参考。     

考虑临时支撑的弦支穹顶结构施工仿真分析

弦支穹顶结构在施加预应力前,施工临时支撑对上部网壳起较大的支承作用,索张拉施工时未拆除临时节点支撑。考虑支承对施工过程的影响有助于结构安全和支撑布置是否合理。以2008奥运羽毛球场馆实际工程为背景,利用有限元软件分别就有支撑和无支撑两种情况下的结构施工过程进行仿真分析。研究表明:考虑临时支撑对弦支穹顶结构的影响可以更贴切地体现结构施工过程中的实际响应,随着预应力张拉的进行,个别构件内力变化幅度非常大,对结构进行施工阶段的强度、刚度等验算显得尤为重要。     

基于可持续性的体育建筑设计研究:结合五个奥运、亚运场馆的实践探索

以大跨度、人员瞬时集散为特点的体育建筑,在我国人均占有率极低,而追求形式,费用昂贵,成本畸高的现象却司空见惯,奥运等大型体育场馆赛后高成本、运行困难问题屡见报端。基于可持续设计理论,针对体育建筑的机理特点,从可研、规划、设计、评估等全过程环节出发,通过大型国际体育赛事工程应用、评价、反馈,探讨系统的体育建筑可持续设计理论。结合奥运羽毛球馆、摔跤馆,亚运游泳跳水馆、武术馆和摔跤馆等五个奥运亚运场馆的工程实践,围绕整体协调、灵活适应与节能降耗等主题,探讨基于可持续性的体育建筑设计方法及其应用。     

2008奥运会羽毛球馆预应力施工监测研究

详细介绍了2008奥运会羽毛球馆的预应力施工监测方案。通过模拟预应力张拉施工过程计算得到的理论值与施工监测值对比,两者总体上是吻合的,验证了仿真模拟预应力施工过程的计算模型和方法的合理正确性;但是施工过程中理论计算值与施工监测值相比,数值上比常规钢结构体系验收标准偏大,经有关方多次分析论证,主要是由于本工程索撑节点的加工制作精度不够高、安装难度大,达不到设计理想状态,造成预应力损失(达6%以上)比理论计算值(<2%)偏大很多;应用施工监测数据分析得出的预应力损失、起拱值等偏差结果,对模拟预应力张拉施工过程的计算模拟进行修正后,得到的施工过程结构响应结果与实测结果基本吻合,满足相关施工验收标准要求。     

基于大空间空气升温模型的弦支穹顶结构抗火反应非线性有限元分析

火灾下,大跨空间结构的性能与火源释热率（功率）最大值、建筑面积、建筑高度、距火源距离等有重要的关系。以2008奥运羽毛球场馆实际工程为背景,采用基于高温蠕变的大空间空气升温模型较真实地模拟火灾,对火灾下结构的性能进行分析。研究表明：采用该方法可以更贴切地体现大跨空间结构的实际响应。随着温度的升高,个别索力单元内力增大,大部分索力逐渐减小,节点位移方向不同,并且其余构件内力的变化规律与索力相符。     

高校大型体育建筑生态化设计中的应用研究——以长沙医学院体育馆为例

自2008年北京奥运会成功举办以来,国民对体育运动的热情已达到空前高涨．高等院校更是加大了对自身体育设施——尤其是体育馆建设的投入力度,国内对校园体育馆的设计研究也有了实质性的成果。2010年,湖南大学设计研究院有限公司通过方案设计招标,取得了长沙医学院体育馆的设计权,该项目预计于2013年1月竣工验收。     

火灾下大跨空间结构升温模型的比较分析

为验证火灾下大跨空间结构采用的传统升温模型——标准升温曲线是否合理,经理论分析该升温模型与大空间空气升温模型对结构的性能和耐火极限的结论有着很大的不同。以2008奥运羽毛球场馆实际工程为背景,采用两种模型模拟火灾,对火灾下的结构进行性能分析。标准升温曲线得出在22 min左右结构坍塌。大空间空气升温模型则得出结构在90 min时仍没有坍塌,但个别构件内力、位移变化幅度较大。研究表明:大空间升温模型可以更贴切地体现大空间结构火灾下的实际响应。     

2008奥运会羽毛球馆索撑节点预应力损失分析研究

2008奥运会羽毛球馆弦支穹顶结构采用张拉环索的方式施加预应力,环索与撑杆相连的索撑节点的设计、构造与施工是保证环索实现预应力有效传递的关键技术。本文分析了索撑节点的几何构造,对预应力摩擦损失的计算方法进行了研究。利用ANSYS对环索和索撑节点进行了带摩擦的非线性接触有限元分析,并通过实际施工监测数据反算了预应力损失,将设计计算结果与实测数据分析结果进行了对比,并分析了预应力损失值偏大的原因。对张拉环索的弦支穹顶索撑节点提出如下建议:索撑铸钢节点的加工制作应采用精密加工,确保节点几何尺寸严格满足设计要求;索撑节点构造应进行改进,减小环索张拉时的预应力损失;在加强加工制作精度和施工质量控制的情况下,建议索撑节点预应力损失设计取值为5%~6%左右。     

2008奥运会羽毛球馆预应力损失对结构体系影响分析

2008奥运会羽毛球馆弦支穹顶结构采用张拉环索的方式进行预应力施工。由于加工制作安装技术难度大,环索与撑杆相连的下节点之间的实际预应力损失比设计取值偏大,引起环索各段索力不均。本文通过在环索节点和撑杆下节点间耦合自由度并增加变刚度弹簧单元来模拟预应力张拉时环索带摩擦滑移,利用此方法可以在有限元模型中模拟施工监测得到的各段环索预应力损失;在此基础上进一步分析了预应力损失对弦支穹顶结构的内力、变形以及整体稳定的影响。研究表明:预应力损失造成径向拉杆内力发生大幅度变化;造成钢网壳内力分布不均匀;对结构的整体变形影响不大,只是使同圈的结构变形不均匀;使结构的整体稳定性能下降20%左右。