铜基面抗拔摩擦摆支座的力学性能研究

为克服现有摩擦摆支座聚四氟乙烯（TEFLON）摩擦面承压能力低和缺乏竖向抗拔功能的不足,对课题组的专利产品—竖向抗拔摩擦摆支座进行了力学性能研究。论文首先介绍了支座的基本构造,并建立了支座的理论模型。为验证理论模型的合理性,设计了竖向承载力3000kN铜基面的摩擦摆支座,并对其进行试验研究。试验测定了竖向抗拔摩擦摆支座滑动面间的摩擦系数,考察了竖向压力和滑移速度对摩擦系数与滞回性能的影响。结果表明：铜基面摩擦摆支座在正弦简谐激励作用下的滞回曲线为平行四边形,与传统摩擦摆支座的滞回曲线具有相同的特征,呈刚塑性;铜基摩擦摆支座的摩擦系数的平均值在0.096-0.109间;滞回曲线的测试结果与数值模拟数据吻合较好,验证了理论模型的合理性。     

粘弹性阻尼器在网架结构减震控制中的优化设置

将粘弹性阻尼器应用于空间网架结构,给出了网架结构体系的控制原理。分别从控制网架结构的节点位移、节点加速度和杆件轴力三个方面选定控制目标,编制了有限元分析程序。研究探讨了粘弹性阻尼器在网架结构减震控制中的优化设置,分析了阻尼器在网架结构中的布置位置、布置数量、阻尼器支撑倾斜角度等参数的影响,对在各种工况下的减震效果进行了对比分析。结果表明,在结构中合理布置阻尼器可显著提高阻尼器的减震控制率。最后,提出了在结构中设置粘弹性阻尼器的基本优化步骤,对粘弹性阻尼器在网架结构中的优化设置提出如下建议:(1)阻尼器宜布置在跨度等分点处;(2)阻尼器沿结构纵向布置优于沿横向布置,纵横向综合布置效果最佳;(3)阻尼器支撑倾斜角度宜取α=45°~60°;(4)阻尼器与网架下弦节点连接优于与网架上弦节点连接;(5)阻尼器的布置数量宜适中。本文成果可为粘弹性阻尼器在网架工程中的实际应用和设计提供借鉴。     

单层与双层柱面网壳基频实用设计图表

通过大量计算机分析 ,给出了在各种不同矢跨比、长跨比、厚跨比和波宽情况下 ,单层与双层柱面网壳基本频率数值表格与变化曲线图 ,由此得出网壳基频随各参数的变化规律。设计人员可根据工程几何参数直接由曲线图表得到各网壳基频 ,使用简便、计算快速 ,可满足工程精度要求     

新型SMA阻尼器在体育场挑篷结构中的减振效果分析

振动控制是结构抗震防灾的一种积极有效手段．目前有关大跨空间结构的振动控制技术尚不成熟，因此亟待研究和发展，本将作提出的一种新型形状记忆合金(SMA)阻尼器应用于体育场挑篷结构，探讨了其在大跨空间结构中的减振控制理论和方法．通过地震反应时程分析．具体研究了其减振控制效果，对有控和无控状态下的节点位移和杆件内力进行了对比分析．结果表明，该新型SMA阻尼器可有效减小挑篷结构的地震响应．     

土-结构相互作用下网架结构动力性能研究

采用整体有限元法分析土-结构动力相互作用(SSDI)下网架的动力性能。以大型有限元软件ABAQUS为平台,结合FORTRAN程序实现粘弹性动力人工边界精确施加、土体自重应力平衡及粘弹性边界条件下地震动输入,并通过算例验证有限元计算过程的有效性与合理性;建立地基土-支承体系-网架屋盖相互作用的三维整体模型,分析SSDI对网架结构动力性能影响。研究表明,SSDI使网架结构自振周期较刚性地基下延长且地基土越软周期越长,网架结构自振频率随地基土变软更密集;SSDI使基础底面峰值加速度较自由场地表峰值加速度增大5%~30%,且地基土越软增大幅度越大;SSDI效应可增大网架结构节点加速度及节点水平相对位移,且使网架结构节点水平相对位移随地基土的变软逐渐增大。     

可调节误差套筒节点受力性能有限元分析

针对中小跨度单层空间网格结构,提出可调节误差的套筒节点,该节点通过螺纹连接,可重复拆卸与拼装,且能够进行角度误差和长度误差调节,便于安装施工。为研究该类节点的受力性能,基于ANSYS建立节点实体模型,对其进行受拉、受压和受弯有限元分析,考察节点各部件的受力状态和破坏机理。通过参数分析,研究节点焊接球壁厚、接头壁厚、套筒壁厚、内外衬环壁厚和接头间隙等对其承载力的影响规律。研究结果表明：节点薄弱区位于内外衬环连接处;随着焊接球壁厚的增大,节点的受拉、受压及受弯承载力均逐渐增大;接头壁厚增大,节点各项承载力均逐渐增大,但当壁厚增大至接头半径的1/2后,节点承载力基本不变;增大套筒壁厚,节点承载力逐渐增大,但增幅会逐渐减缓;内外衬环最小壁厚对节点的刚度和承载力影响较小;接头间隙的存在对节点的各项承载力和刚度影响较小。     

环形交叉索桁结构局部断索(杆)的动力响应分析

大跨度预应力索杆结构在局部损伤情况下的抗连续倒塌能力引起业内的关注。由于预应力索杆结构存在突变为机构的倒塌模式,在此背景下提出一种具有新型构件拓扑关系的结构形式,称作环形交叉索桁结构。新型构件拓扑关系使得每个节点都具有多条有效的备用荷载传递路径,有利于阻止结构的连续倒塌。采用ANSYS/LS-DYNA中的瞬时移除法,分析环形交叉索桁结构在单根索或杆破断情形下的动力响应。结果表明:环形交叉索桁结构不会发生大范围整体机构性倒塌,机构位移仅限于破断索(杆)附近的较小范围,结构主体仍可保持几何稳定;结构内力重分布现象明显,部分构件的内力超过设计限值,可通过稍微提高某些构件的强度储备防止构件破断的蔓延。     

SMA弹簧-摩擦支座在双层球面网壳结构中的隔震控制分析

提出一种由形状记忆合金(shape memory alloy,简称SMA)螺旋弹簧和平面滑动支座组成的SMA弹簧-摩擦支座(SMA Spring-Friction Bearing,简称SFB)。根据SFB的构造和工作原理,推导了描述其力学性能的理论模型。为考察SFB在双层球面网壳结构隔震控制中的适用性和减振效果,将SFB设置在网壳屋盖与下部结构之间形成柱顶隔震机制。通过有限元分析软件SAP 2000建立含有下部结构的网壳结构隔震体系数值计算模型,针对这一网壳隔震体系的地震响应进行数值模拟。计算结果表明,SFB能够有效降低网壳结构的地震响应,并具有优良的支座位移控制性能与复位能力。     

张弦网壳结构地震响应规律分析

对张弦网壳结构地震响应规律进行大量理论分析与计算研究。在建立多自由度体系计算模型及地震响应基本方程的基础上,探讨对比采用不同计算方法、不同方向单维地震作用及多维地震作用下张弦网壳结构的地震响应,深入地研究张弦网壳屋盖与下部支承体系的静力及动力相互作用,强调采用整体模型的必要性,并给出张弦网壳结构地震响应的特点与规律,从而对张弦网壳结构的抗震设计提出有益的建议。     

网壳屋盖与下部支承结构动力相互作用研究

本以双层柱面网壳为研究对象,系统地研究了网壳屋盖与下部支承结构共同工作问题。针对钢网壳及混凝土支承体系这类组合结构,论首先推导出不同材料组合结构阻尼比的实用计算公式。进而通过对固定铰支座、弹性支座和整体分析模型多个网壳结构计算结果进行对比,指出若不考虑支承刚度而按固定铰支承进行分析将使设计极为不安全。与此同时论验证了用弹性支承代替整体分析的实用分析方法。