双竖腹杆空腹桁架与方钢管连接π型节点的极限承载力

基于空腹桁架的弯矩分布规律,提出了双竖腹杆空腹桁架的概念。双竖腹杆空腹桁架的节间距和上、下弦杆的弯矩小于单腹杆空腹桁架。当采用空心钢管作构件时,这类空腹桁架适用于杆件截面超出现有规格的大跨空腹桁架。采用非线性有限元法和均匀设计法研究方钢管连接π型节点的极限承载力。     

国家体育场焊接方管桁架双弦杆KK节点设计研究

结合国家体育场大跨度钢结构设计,提出任意角度相交焊接方管桁架双弦杆KK节点的几何构型方法,可用于各种复杂角度的腹杆汇交、弦杆呈折线形、弦杆侧壁与腹杆侧壁不垂直等多种情况,适用范围较大。通过调整节点域板件的角度,改善其构造的合理性。综合采用调整板厚、设置加劲肋等措施,提高节点的承载力,实现“强节点”的设计理念。双弦杆KK节点的缩尺模型试验表明,试件的应力分布与有限元计算非常接近,节点具有较大的安全储备。     

矩形管-圆管T形节点轴压承载力试验研究

我国现行钢结构设计规范中没有对腹杆(支管)为矩形管、弦杆(主管)为圆管的节点(支方主圆节点)强度计算公式。EC3规范、CIDECT指南等虽给出了支方主圆节点承载力的计算公式,但与腹杆为H形截面的节点(支H主圆节点)承载力计算公式采用了完全相同的形式,其合理性有待验证。对4个轴压T形节点试件进行试验研究并进行了有限元分析。发现支方主圆的T形节点以纵向板传力为主,支H主圆的T形节点以横向板传力为主;支管截面外包尺寸相同时,前者的承载力会不同程度大于后者。将试验结果与EC3、CIDECT的承载力计算公式进行对比,发现公式低估了腹杆纵向板相对宽度对承载力的影响。通过有限元分析,对试件弦杆采用不同边界条件的试验结果进行可比性研究,提出比较不同试验结果的"等效长径比"概念。     

型钢桁架腹杆端部扩大节点的力学讨论

采用H形或箱形截面作为弦杆和腹杆的桁架形式被广泛用于大跨度结构中。其腹杆与弦杆的连接节点一般采用一种腹杆端部扩大的连接形式。需要注意的是,端部扩大节点看似能减小应力集中,但仔细分析就会发现,此类节点的力学性能并不合理。分析了型钢桁架中端部扩大节点的受力机理,并采用有限元分析软件ANSYS对腹杆端部扩大节点进行了弹塑性分析。分析结果显示,此类节点力学上存在不合理性。进一步提出了较为合理的节点形式供结构工程师参考。     

钢桁架中间受压腹杆的计算长度分析

基于经典刚架弹性理论建立的四弯矩方程,综合考虑桁架的上、下弦杆和相邻腹杆对中间受压腹杆的影响,建立腹杆计算长度系数的稳定方程,并给出可供工程使用的桁架腹杆计算长度系数表。计算表明:当腹杆与弦杆不同时达到其最大应力时,上弦杆对腹杆有较强的约束作用,当参数η≤0.8(η为上弦杆与中间腹杆的稳定因数φ之比)时,计算长度系数比规范规定的取值偏小;当参数η≥0.9时,计算长度系数较规范规定的取值偏大,此时是偏于不安全的。     

某采光顶及幕墙支承结构设计

对某工程入口采光顶及幕墙支承结构的设计进行了深入探讨.由于建筑造型的要求,该采光顶张弦桁架与一般张弦桁架有很大区别,为了保证桁架的整体稳定,需要在上弦杆设置面外撑杆、竖腹杆与上弦杆刚接且要求竖腹杆截面的面外抗弯刚度大于面内刚度.此外,由于入口幕墙风荷载主要由采光顶边梁来承担,且该梁跨度达到36m,采用箱型宽扁梁截面可以满足其强度和变形要求.最后,由于下弦杆张拉力较大且竖腹杆与上弦杆刚接,必须设计合理的张拉施工方案,以保证结构安全.     

两种受力合理的桁架

<正> 钢桁架弦的外形,常用的有三角形和梯形。但因其非受力最佳外形,致使上下弦杆各段受力不匀。腹杆受力较大,用材较多。如果弦杆外形与桁架承受弯矩的图形相似,则可使弦杆受力基本相等,腹杆受力较小,用材节省。我们使用这种方法设计的轻钢屋盖(大波石棉瓦),耗钢量仅6.5公斤/     

阿布扎比国际机场航站楼拱桁架中T形节点设计

采用ANSYS软件对阿布扎比国际机场航站楼拱桁架中的方支管-H型钢弦杆的T形节点进行分析。分析结果表明:随着弦杆轴向压力的增大,节点承载力有一定的降低。另外,弦杆与腹杆的不同受力情况,决定了弦杆翼缘的不同屈曲形态。列出典型的3种翼缘变形状态,并给出不同屈曲形态的受力分布区域,为设计提供了方案选择的便利。     

四边形截面圆弧空间钢管桁架拱平面内稳定性及试验研究

通过大挠度弹塑性有限元分析研究桁架拱在集中荷载、水平均布荷载、轴线均布荷载等不同荷载形式下的失稳与破坏机理,考察截面高宽比、矢跨比、腹杆夹角、腹杆尺寸等几何参数对桁架拱稳定承载力的影响,结果表明在不同参数条件下,桁架拱可能发生弦杆局部失稳、腹杆局部失稳、整体失稳以及局部与整体相关失稳等破坏形式;与拱的整体失稳和弦杆局部失稳相比,腹杆失稳会导致承载力的大幅下降,设计中应保证腹杆不先发生破坏。在理论分析的基础上,设计4榀矩形及梯形截面空间桁架拱模型进行了平面内稳定性能试验研究,分析表明两种截面形式的桁架拱在平面内具有基本相同的刚度和承载能力,其承载力设计可以采用相同公式。最后,基于静水压力作用下桁架拱的面内稳定设计曲线,通过大量的算例分析,提出轴力和弯矩共同作用下四边形截面圆弧形空间钢管桁架拱的整体面内稳定承载力设计方法。     

钢筋混凝土桁架的设计与应用

由于影剧院、礼堂等建筑的台口跨度较大,普通钢筋混凝土台口梁的强度、裂缝和挠度很难满足设计要求,利用舞台与观众厅之间的空间设置钢筋混凝土桁架,能有效解决台口跨度大造成的结构难题。结合两个工程设计实例,论述了采用SATWE计算软件对含有钢筋混凝土桁架的结构进行整体分析的合理性和适用性;给出了建立计算模型时桁架的弦杆、腹杆、斜杆以及楼板采用的计算单元;分析了桁架端部斜杆设置、弦杆断面、腹杆间距等因素对桁架内力分布的影响;提出了设计中应采取的构造措施和施工工艺。     

木桁架搁栅楼盖振动性能研究

为了深刻理解木桁架搁栅楼盖振动性能与居住者感受之间的关系,对木桁架搁栅楼盖振动性能进行了试验研究和主观评价。研究发现木桁架搁栅楼盖的基本自振频率、静态挠度和振动加速度等指标与居住者的感受有密切关系;通过在木桁架搁栅楼盖中增加横撑和板条撑等加强附件能显著改善了其振动性能;建议木楼盖减振设计体系中将静态挠度和基本自振频率作为设计指标,而评价体系中除静态挠度和基本自振频率外增加峰值加速度这一评价指标。     

某体育场罩棚钢结构设计

某体育场钢结构罩棚采用大悬挑空间管桁架结构,共有48榀大悬挑桁架呈双轴对称分布。对罩棚进行刚性模型的风洞试验以确定风荷载计算参数;依据《场地安全性评估报告》确定地震计算参数。针对悬臂桁架稳定性差的特点,采取相邻桁架柱交叉布置、设置竖向支撑、设置大刚度环形桁架和圆钢管檩条等措施,保证罩棚结构的整体稳定性。悬挑桁架支撑支座采用销节点,以适应其变形特点。对该结构进行弹性分析、线性屈曲分析、几何和材料非线性屈曲分析和破坏性分析,可供同类工程参考。     

杆件失效路径对网架结构抗火性能的影响

在正放四角锥网架结构抗火性能研究基础上,进一步分析两向正交正放网架、正放抽空四角锥网架和斜放四角锥网架在大空间建筑火灾中的热力耦合反应.基于有限元程序ANSYS建立网架结构上弦压杆应力比一致的结构分析模型,按温度增量加载的方法对网架结构热力耦合非线性反应进行了分析.结果表明,在大空间建筑火灾非均匀温度场中网架结构具有不同的杆件失效路径,正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架和斜放四角锥网架在各自的杆件失效路径下临界温度趋于一致;网架结构在火灾中产生适度数量的杆件破坏,可更大程度地释放附加温度应力,表现出结构具有较高的抗火承载力和临界温度;两向正交正放网架的水平支撑桁架体系的抗火承载力对结构的整体抗火承载力有较大影响.按上弦杆具有相同应力比的结构模型,分析得到的失效杆件是影响结构抗火承载力的关键杆件.上述结论可为进一步研究网架结构抗火设计方法提供理论依据.     

某炼钢厂老厂房的结构鉴定及加固处理

对20世纪60年代建造的某炼钢厂老厂房进行结构安全检测鉴定,混凝土柱、屋架、托架及屋面板等存在顺筋裂缝,混凝土脱落、钢筋锈蚀,柱间支撑及屋盖支撑存在较多缺陷且设置不足,存在较大安全隐患。结合震害经验确定加固设计方案,对混凝土下柱采用外包钢套及加大截面综合法进行加固,对混凝土上柱、屋架及托架采用钢构套加固,混凝土屋面板更换为钢屋面板,完善抗震构造措施,取得了较好的加固效果。     

带L形横撑的大跨CFST桁式拱桥稳定性分析

为研究新型L形横撑在大跨度钢管混凝土(CFST)桁式拱桥稳定中的有效性,以合江三桥为工程背景,采用数值计算和理论分析相结合的方式对其受力性能和稳定性进行比较分析,并利用正交试验和方差分析方法对L形横撑在大跨度CFST桁式拱桥稳定中的显著性进行了检验。结果表明：①对于L形拓扑横撑类型,当K形斜撑设置在主拱肋上弦且靠近拱脚一侧时,主拱的稳定性最好;②与常用的K形、X形和米字形横撑相比,L形横撑对主拱最大轴力、最大面内弯矩、最大面外弯矩、最大应力和竖向变形的影响均较小,仅对主拱水平变形有一定影响;③当各参数在合理的取值范围内时,使用L形横撑代替常用的K形、X形或米字形横撑,不会显著降低大跨度CFST桁式拱桥的分支点和极值点稳定性,工程师在该类拱桥的稳定设计中可以放心选用。     

边界条件对平板网架结构抗火性能的影响

在正放四角锥网架结构抗火性能研究的基础上,进一步分析了两向正交正放网架、斜放四角锥网架和正放抽空四角锥网架在大空间建筑火灾中的热力耦合反应。基于有限元程序ANSYS建立了网架结构上弦压杆应力比一致的结构分析模型,按温度增量加载的方法,对不同支座布置、温度场及荷载条件下的网架结构全过程反应进行了分析。结果表明,温度场非均匀性是导致网架结构杆件相互约束的主要因素,随着温度场非均匀性系数η的减小,各型网架结构的临界温度呈下降的趋势;在相同的温度场和支座布置条件下,随着荷载比的减小各型网架结构临界温度呈升高趋势;根据不同类型网架的传力特点,释放网架结构在主要传力方向的约束,可以提高网架结构的抗火承载力。上述边界条件对网架结构抗火性能的影响规律,为确定网架结构抗火性能关键参数分析方案提供了理论依据。     

多榀木桁架的静载试验及其承载能力

以现代木结构中的齿板连接木桁架为基础,开发一种多榀木桁架,研究其承载能力和抗变形能力。依据《木结构试验方法标准》（GB/T 50329—2012）中规定的木桁架分级加载试验方法,对比3种木桁架在设计标准荷载下的变形情况和破坏加载阶段的极限承载力。结果表明,多榀木桁架的极限承载力能达到其设计标准荷载的2倍以上,具有良好的安全储备性能;设计时需严格验算木桁架的节点齿板承载力,以满足相应木桁架承载力水平的要求;组成多榀木桁架的单榀之间通过木销连接,具有较好的协同效应,能有效解决单榀的失稳问题;木销连接是一种有效的多榀连接方式,能达到多榀木桁架极限承载力高于单榀之和的目的,使其抗变形能力更优。     

节点刚度对方管空间三角形桁架动力性能的影响

为研究节点刚度对方管空间三角形桁架动力性能的影响,以精细壳元模型为标准,采用可考虑节点轴向刚度的简化模型和不能考虑节点轴向刚度的刚接模型,对方管空间三角形桁架进行了模态分析和地震时程分析.结果表明:节点刚度对方管桁架的动力性能有不可忽视的影响,不宜采用刚接模型分析方管桁架的动力反应;本文中采用的简化模型可以较好地模拟方管桁架的动力性能,体现了节点刚度对结构动力性能的影响,更适用于实际工程分析.     

分布荷载作用下桁架的有效整体设计方法

适当考虑加载区域,对分布荷载作用下桁架的半确定性拓扑及几何学设计的一种有效方法进行介绍。受荷节点不能看作基本节点处理,这些节点的数量和位置作为设计变量来考虑。这些量对桁架及其分布的荷载区域均有影响。在介绍一种新的参数指标的基础上,提出分布荷载作用下桁架的整体设计方法,这一参数可以作为桁架设计中的附加设计目标或约束,它也可以很好地替代半确定性整体设计中的加载域目标。通过一个研究实例验证了该设计方法的有效性。