内蒙古伊旗全民健身体育中心索穹顶结构体系设计研究

内蒙古伊旗全民健身体育中心屋盖结构中部采用索穹顶结构体系,跨度71.2m,为我国大陆地区首座大跨度索穹顶结构。首先建立结构有限元模型,分析在各设计荷载组合工况作用下索穹顶结构弹性阶段的受力特点,得出不均匀荷载对索穹顶结构更为不利。其次通过对结构体系的动力特性分析,得出索穹顶结构扭转刚度较弱,覆膜可有效地提高索穹顶整体结构的扭转刚度。重点对索穹顶结构体系进行弹塑性全过程分析,分析结构几何参数对结构力学性能的影响,得出索穹顶结构在承载全过程中经历的三个受力阶段:脊索松弛阶段、环索进入弹塑性阶段和结构破坏阶段。提出基于性能的索穹顶结构体系设计方法,并提出各阶段相应的变形性能指标和承载力控制指标。     

大跨度索穹顶结构温度响应分析

根据鄂尔多斯伊旗全民健身体育中心大跨度索穹顶结构设计要求,采用有限元分析方法,分析了初始预应力和温度共同作用下节点位移和预应力索应力变化情况,研究了初始预应力对温度效应的影响,探讨合理张拉温度以及由于温度作用对初始预应力采取的适当补偿措施。研究表明：温度作用对索穹顶结构外圈索和外圈撑杆的应力产生不可忽视的影响,在设计张拉预应力度时,既要考虑施工张拉温度与下料温度不同的影响,又要保证正常使用状态下结构在温度作用下的安全;温度作用下预应力度对索穹顶结构静力性能的影响显著。     

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。     

弦杆受拉大直径空间相贯节点足尺模型试验与设计研究

以贵阳奥体中心主体育场工程为背景,针对空间钢管桁架屋盖受拉上弦相贯节点,进行足尺节点极限承载力破坏试验。对节点试验过程和破坏现象进行了深入研究,分析了各加载阶段相贯节点的应力分布情况及整个加载过程塑性区的开展过程,结合有限元分析对空间相贯节点破坏机理进行分析研究,并应用有限元软件模拟试验加载过程进行非线性计算,分析节点破坏准则。按提出的节点设计承载力准则判定节点设计承载力,并与规范计算值进行比较。针对规范主弦杆受拉则不考虑主弦杆轴力变化对节点承载力的影响,进行主弦杆轴力变化对节点承载力影响的非线性有限元分析,并与规范计算值比较。研究表明,无论支弦杆受拉或受压,随主弦杆拉力的增加,节点承载力逐渐降低。     

基于振动台试验的鱼线固定梅瓶文物响应规律性研究

为了探索鱼线固定梅瓶文物在实际博物馆的地震响应以及抗震效果,首先选取了典型梅瓶文物,并在三层钢筋混凝土框架结构中开展了24种地震工况的振动台试验,然后建立了上述试验所用梅瓶文物的有限元模型,验证了有限元模型的准确性,最后采用增量动力分析法分析了该文物在两种常见直径鱼线保护措施下的运动响应。结果表明：鱼线固定梅瓶文物在地震作用下会产生滑移、摇摆、倾覆以及鱼线断裂等现象;不同楼层下的文物响应差别较大,尤其在大震作用下,高楼层的鱼线固定梅瓶文物易发生倾覆和鱼线断裂破坏,要重视高楼层文物的震前保护措施;在较强的地震作用下,仅依靠增大鱼线直径有时对控制文物的倾覆情况起不到关键性决定作用,需要进一步采取其它措施对文物进行保护。     

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。     

索穹顶结构施工动态模拟

内蒙古伊旗全民健身体育中心屋顶采用大跨度索穹顶结构,其施工精确模拟难度较大。针对工程施工方案,采用机械多刚体系统动力学分析方法,实现了对索穹顶结构整个施工过程的动态模拟。该施工模拟技术的特点是能获得在整个仿真时间段内所有构件的位置、速度、方位和内力值随着时间的连续变化曲线,即每一时刻整个结构体系的形状和预应力分布,可以检验是否有力学指标突变或机构锁死的问题。通过动态模拟结果和现场监测结果的对比分析,证明了该施工模拟技术的正确性。     

大跨度索穹顶新型索撑节点模型试验及性能分析

索穹顶结构的刚度是由索系预应力实现的,预应力损失对结构的安全性具有重要影响,而环索与撑杆相连的索撑节点设计与施工是保证环索实现预应力有效传递的关键技术。以内蒙古伊旗全民健身体育中心大跨度索穹顶结构工程为背景,研发了引入滑动轴承的新型索撑节点,从本质上改变了节点的受力特性,从而减小摩擦损失。通过分析索撑节点的几何构造,对预应力摩擦损失的计算方法进行研究。采用ANSYS对环索和索撑节点进行带摩擦的非线性接触有限元分析,通过模型试验监测数据反算预应力损失,将设计计算结果与实测数据分析结果进行对比。根据研究结果对索穹顶的索撑节点提出如下建议:索撑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;在保证加工制作精度和施工质量的情况下,索撑节点预应力损失设计取值为3%~4%。     

大跨度及长悬挑楼层钢结构运动场人员舒适度分析研究

以内蒙古伊旗全民健身体育中心工程为背景,对楼层设置运动场的大跨度及长悬挑钢结构振动模拟及结构的人员舒适度问题进行研究。采用基于实测谱的谐波叠加法模拟人员运动荷载和随机振动法模拟悬挑结构脉动风荷载。对大跨度楼层人员舒适度的荷载激励频率、张弦梁拉索预应力度和楼板厚度等影响参数进行分析,考虑可能出现的各种荷载工况,分析运动员及看台观众的舒适度。分析表明：改变楼层预应力不能有效改善大跨度结构使用舒适度;随着楼层板厚增加,结构竖向加速度和自振频率均近似线性降低;运动场内和观众看台宜采用不同的舒适度控制指标。研究结果可为楼层设置运动场的预应力大跨度及长悬挑楼层钢结构工程的荷载模拟、人员舒适度性能目标和控制标准等提供设计参考。