索-拱结构的平面内稳定性研究

本文应用非线性有限元方法研究了索 拱结构的平面内稳定问题。文中使用牛顿 拉弗森法和弧长法对荷载 位移平衡路线进行跟踪研究,研究了索对结构的极限荷载和平衡路径的影响;分析中考虑了不同荷载作用、不同边界条件和不同矢跨比对索 拱结构稳定性能及变形性能的影响,从中获得了对索 拱结构设计有益的结论。     

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.     

拱结构平面内稳定性能研究

本文对平面圆拱结构进行有限元分析,比较了分岔屈曲和极值点屈曲两种失稳形式;讨论了不同的荷载分布情况、矢跨比和初始几何缺陷对拱结构屈曲承载力以及变形的影响;总结出拱结构平面内稳定性能受这些因素影响的变化规律,为拱结构设计提供一些有用的结论。     

抛物线形索—拱结构弹性稳定性能研究

采用ANSYS软件对拱轴线形式为抛物线形索—拱结构的弹性稳定性能进行研究,得出了在不同荷载作用下结构的弹性极限承载力及各种参数对结构稳定性能的影响,从而找出影响结构弹性极限承载力的关键因素。     

索-拱结构平面外弹塑性稳定分析

应用有限元方法对索-拱结构及普通拱结构的稳定性能进行对比研究.其方法是:借助于通用有限元软件ANSYS对比研究索-拱与普通拱结构在各种荷载作用下的稳定性能.结合牛顿-拉弗森法和弧长法,分别对索-拱与普通拱结构在考虑几何非线性及同时考虑几何与材料双重非线性情形的极限承载能力进行数值分析.研究结果表明,索可以非常明显地提高...     

预应力索-拱结构优化设计

在强度、刚度、尺寸等约束条件下,以结构重量最轻为目标函数建立预应力索-拱结构优化设计的数学模型。对截面尺寸和索力这两种性质不同的设计变量,采用两级优化方法处理,对预应力的优化以结构在荷载（包括自重）和预应力共同作用下结构各构件的应力平方和最小为目标函数建立数学规划模型;对截面尺寸的优化采用浮动应力指数法。算例表明,该方法能有效地克服预应力和截面尺寸这两类变量在数值和性质上的不统一所造成的不易收敛问题,可以较快地收敛到满意结果,适用于预应力钢结构优化设计。     

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。     

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...     

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。     

斜腿刚架平面内整体稳定性能研究

利用ANSYS有限元程序,考虑几何非线性,对梁柱不等截面的斜腿刚架在梁上作用均布荷载的情况下,进行了大量的荷载—位移全过程分析。分析中选取了七种H形截面,考虑了刚架高度与刚架跨度的比值、刚架柱倾斜角度和横梁坡度三个参数。给出了斜腿刚架柱的计算长度系数和刚架相应的失稳模式。     

新广州站内凹式索拱结构模型静力试验研究

新广州站站房屋盖采用一种新型预应力索拱-内凹式索拱结构,为了解该种结构的张拉成形过程、典型荷载工况下结构性能和结构极限承载力及破坏位置,分张拉成形、4种荷载工况的加载及2种典型荷载工况的极限加载3个阶段,对2榀内凹式索拱的1/3缩尺模型进行了静力试验,并将试验结果与有限元结果进行对比,有限元结果和试验值吻合较好。研究结果表明：张拉成形后索力和位形基本达到目标,确立的张拉原则可行,给出了快速确定初始张拉力的计算公式;设计工况下结构处于线弹性阶段,满跨分布荷载时主拱全截面受压,以受轴压力为主,而半跨分布荷载时以受弯为主,弯曲应力在主拱应力中的比重较大;半跨分布荷载对结构整体稳定最不利,其极限承载力较满跨分布荷载降低较大,前者在主拱弯矩最大的位置破坏,而后者在轴压力最大的拱脚附近破坏;索夹的连接形式及支座的抗推刚度对结构的承载能力影响很大。图13表4参10     

等截面斜腿刚架平面内整体稳定性能研究

用ANSYS有限元程序,考虑几何非线性,对等截面斜腿刚架进行了大量的荷载-位移全过程分析。分析中考虑了柱倾斜角度、柱高度与跨度比和梁的起拱坡度等参数,以及梁上均布荷载和集中力两种加载形式,最后给出了斜腿刚架的各种失稳模式和相应刚架柱的计算长度系数,供设计时参考。二阶弹塑性算例分析表明,在利用有效长度法进行斜腿刚架平面内整体稳定性验算时,除刚架柱外,还要验算梁的稳定性。     

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。     

新广州站内凹式索拱结构索夹节点抗滑性能分析

新广州站主站房主要采用内凹式索拱结构,由于与撑杆连接处拉索两侧的不平衡索力较大,索夹节点的抗滑性能影响了索拱结构的承载力。利用ABAQUS有限元软件对索夹节点进行非线性抗滑性能分析,并与索夹节点足尺模型的抗滑性能试验实测结果进行比较,分析材料非线性、索与索夹间的接触特性、螺栓预紧力等对索夹节点抗滑性能的影响,进而采用虚拟温度法分析了施拧顺序、索横截面收缩对螺栓预紧力的影响。分析结果表明：有限元计算与试验实测结果吻合良好;新广州站内凹式索拱结构索夹节点具有较好的抗滑性能,在设计荷载作用下,节点安全可靠;索夹节点抗滑性能分析中应考虑材料非线性对索夹的影响;索夹抗滑力随着摩擦系数、螺栓预紧力的增长非线性提高;索的滑移会对索夹孔道和拉索本身产生损伤,使索夹的抗滑力降低;采用从螺栓群中心间隔向外的施拧顺序可有效减弱螺栓之间的相互影响,减小螺栓预紧力的损失。     

弹性支撑拱结构的动力特性研究

以三次B样条函数的线性组合作为拱结构位移振型函数,根据哈密顿原理推导出了弹性支撑拱结构的频率方程,考虑了拱脚处集中质量的附加惯性力等因素的影响,计算分析了竖向弹性支撑和旋转弹性支撑对拱结构动力特性的影响,提出了竖向临界刚度系数的概念。研究结果表明:竖向弹性支撑会使拱结构的基本频率减小,当矢跨比为0.1左右时影响最为显著,同时还会改变拱结构振型序列特点;竖向临界刚度系数是拱结构动力特性的分界点,此时拱结构的基本频率和第二频率几乎相等,若竖向支撑刚度系数小于临界刚度系数,结构的第1阶振型是对称的,而第2阶振型是反对称的,与刚性支撑拱结构的振型序列不同;若竖向支撑刚度系数大于临界刚度系数,结构的第1阶振型是反对称的,而第2阶振型是对称的,与刚性支撑拱结构的振型序列相同;旋转弹性支撑会使拱结构的基本频率减小,但并不改变其振型序列特点。     

预应力索拱结构施工技术与试验研究

海关总署西配楼为5层混凝土框架结构,因建筑功能改变,需在原结构顶部新增一层。新增拱形屋顶结构形式为预应力索拱结构。首先简要介绍了预应力索拱结构,然后使用施工仿真计算方法对结构不同施工阶段进行模拟,对不同荷载工况下结构变形及应力进行了分析,校核了钢结构及预应力钢索选型,确定了施工时预应力钢索初始预拉应力。为对该结构形式进一步研究,选取了一榀预应力索拱结构进行了1∶1模型试验,模拟预应力钢索张拉过程。另外,介绍了预应力索拱结构的施工技术,包括钢索张拉技术、应力监控技术等,并提供了部分张拉转换件做法,可供类似工程参考。     

平面张弦结构的平面内整体稳定性研究

本文对平面张弦结构的平面内整体稳定性进行了分析与研究。按平面张弦结构的构成特点,提出下弦索对提高张弦结构整体稳定性的回复力模型,推导了平面张弦结构的屈曲平衡方程,得到了张弦结构的一阶屈曲临界荷载。将理论值与有限元计算结果进行了比较,证明了理论推导公式的准确性。研究结果表明,与两铰拱相比,张弦结构的整体稳定性有很大幅度提高。对平面张弦结构各类型(张弦梁、张弦拱、系杆拱与拱形张弦拱)的整体稳定性进行了分析与比较,讨论了竖腹杆设置数量对整体稳定的影响。按保证整体稳定性考虑,给出了上弦拱为圆管时对截面惯性矩的控制要求。     

斜拉拱桥平面内非线性稳定性研究

斜拉拱桥是一种新型的拱桥结构形式,它有机结合了拱桥和斜拉桥的特点。对于斜拉拱桥而言,稳定性问题是设计施工中的重要环节。本文通过对斜拉拱桥的分析,研究了不同边界条件、荷载工况下斜拉拱桥面内非线性稳定性,讨论了斜拉索参数对斜拉拱面内稳定性的影响。     

新型桥面板结构稳定性能研究

分别建立了正交异性普通钢桥面板和正交异性钢-聚氨酯夹层桥面板的有限元模型,并另外建立了不同U型肋数量和不同面层钢板厚度的夹层板计算模型,在边界条件、加载情况均相同的条件下进行有限元模拟分析,夹层板采用板-实体-板结构模拟,结果表明:在相同条件下,夹层板比普通钢板屈曲临界应力、刚度、强度均有较大程度的提高,U型肋间距、面层钢板厚度对夹层板的屈曲临界应力及屈曲破坏形态有较大影响,两种因素分别超出一定范围后,对板整体的影响又受到相互制约。     

预应力索拱结构施工仿真与施工技术研究

某办公楼改扩建工程是在原结构顶部增加1层钢结构加层,屋顶采用预应力索拱结构形式。使用ANSYS软件对预应力索拱进行了施工仿真计算,分析预应力索拱结构在施工期间具有较强的非线性特性,根据仿真计算结果指导实际施工过程。还介绍了预应力索拱结构的施工技术,包括钢索张拉技术、应力监控技术等。