环形张拉整体结构的研究和应用

张拉整体结构是一种由连续拉索和断续压杆构成的新型结构.有关正圆柱形张拉整体结构和球形张拉整体结构的研究已被广泛开展,但另一种基本的几何拓扑形态--环形张拉整体结构却很少受到关注.提出一种新型环形张拉整体结构,对其拓扑和找形问题进行研究,采用平衡矩阵法求解该结构的自应力模态和机构位移模态.通过在索穹顶结构中引入环形张拉整体圈梁,提出一种新型索穹顶,并对初始预应力分布和结构性能进行了分析.算例结果表明该新型索穹顶是一种刚度较好且完全自支承自平衡的张拉整体结构.此研究丰富了现有张拉整体结构形式及其应用.     

不同布索方式的正交梁系结构在车站雨棚中的应用

大跨度无站台柱雨棚设计是火车站建设的一个重点,它要求柱距大、跨度大.在各种大跨结构体系中如双层网架、柱面网壳、弦支网壳、张弦梁、实腹拱、拱形桁架、悬索、膜结构等,正交梁系结构由于其结构简洁、受力合理等优点而被广泛应用.论文对不同布索方式的正交梁系结构在车站雨棚中的应用进行了研究,探讨了不同布索方案对结构静、动力性能的影响,分析了结构的特征值屈曲和非线性屈曲,并采用弹性时程分析法比较了各方案抗震性能.研究结果表明合理的布索方案能有效改善正交梁系结构的承载力和抗震性能.     

型索穹顶结构自应力模态分析及优化设计

为了解新型Kiewitt型索穹顶结构的受力性能,采用节点平衡理论和平衡矩阵理论对该结构的自应力模态进行了详细分析,并对这类具有多个整体自应力模态的索穹顶结构采用非线性规划、以初应变能最小为优化目标进行了预应力优化.研究表明,考虑结构对称性后体系超静定次数等于基于平衡矩阵理论运用奇异值分解法求得的整体自应力模态数,且其整体模态数随环索数的增加而呈规律性增加,预应力优化后的合理初始预应力分布在一定的荷载工况作用下由于部分索临近松弛而达到极限状态.     

长方体建筑屋顶风能利用效能研究

屋顶安装小型风力发电机是近几年来新发展的一种风能利用形式。以年平均风速为对象,研究建筑屋顶风能利用的效能,提出衡量建筑风能利用效能的6个性能指标。利用CFD数值模拟方法分析了长方体建筑平屋顶对风能的利用效果,考察了不同迎风角下控制点的性能指标,探讨屋顶风力机安装的最佳位置和排列形式。对长方体建筑屋顶形式进行分析,对比了4种不同屋顶形式的风能利用效能。     

流固耦合界面信息传递理论和方法研究进展

合理有效的界面信息传递方法是实现流固耦合(FSI)分析的关键环节,本文研究了流固耦合界面信息传递理论和方法.归纳了流固耦合界面信息传递所遵循的基本原理:运动学连续条件、动力学连续条件及能量原理等.将信息传递方法总结为局部插值法和整体插值法两大类.局部插值法中研究了映射点插值法、加权余量法、常体积转换法等方法,并给出了主单元及映射点搜寻算法;整体插值法研究了样条函数法、Shepard方法、径向基函数法.最后对瞬态问题给出了CSD、CFD间的时间插值模式.本文从理论和方法上为解决流固耦合界面数据传递问题提供了指导.     

大跨度球壳屋盖风致积雪数值模拟及雪荷载不均匀分布系数研究

采用风雪单向耦合方法及单方程雪相模型对大跨度球壳屋盖结构进行风致积雪分析。通过改变风速和矢跨比分别研究屋盖表面积雪和侵蚀沉积量随风速及矢跨比变化的关系。拟合球壳屋盖表面积雪侵蚀量随风速和矢跨比变化的近似公式,建议了球壳屋盖表面雪荷载不均匀分布系数计算式,并与现行建筑结构荷载规范采用的雪荷载不均匀分布系数进行对比。研究结果表明:球壳屋盖表面的积雪侵蚀量与风速呈抛物线关系,与矢跨比呈线性关系;计算得到的球壳屋盖表面的雪荷载不均匀分布系数与ISO国际标准草案规定较为接近。     

基于精细梁模型的向量式有限元分析

精细梁不同于Euler梁和Timoshenko梁,该模型在考虑剪切变形的同时还考虑了横向弯曲时截面转动产生的附加轴向位移及横向剪切变形影响截面抗弯刚度后产生的附加横向位移。推导了适用于向量式有限元分析的精细梁单元应变和内力表达式,采用FORTRAN自编了向量式有限元程序。对悬臂梁、两端固支梁和门式框架进行了算例分析,对比了采用不同梁单元模型下结构的竖向位移。结果表明:当高跨比较小时,3种梁单元的竖向位移相差不大;当高跨比较大时,精细梁单元的竖向位移较Euler梁和Timoshenko梁明显增大,表明剪切变形及刚度折减引起的附加轴向位移、附加横向位移不能忽略。精细梁单元模型对高跨比较大的梁进行分析可望得到更精确的结果。     

多阶段预应力空间网架结构一次张拉计算法

该文提出多阶段预应力空间网架结构一次张拉计算法,将某一阶段第i次对i预应力杆增加的预应力值作为未知数,通过结构力学方法建立该阶段预应力准则方程式并求解之。然后可计算该阶段i次预应力各预应力杆的控制值(包括各预应力杆原有的内力值),后张预应力对先张预应力的影响值,以及网架结构杆件内力和节点变位,直至该阶段最后一次预应力时得到该阶段各预应力杆的设计内力值及网架结构内力和变位。重复这样的分析计算可得到多阶段预应力网架结构预应力杆的最终内力控制值及网架杆件内力和节点变位。采用该方法,预应力杆的内力值在预应力张拉过程中无需调整,可一次性完成预应力施加操作过程。该文中附有算例说明,计算结果表明:提出的多阶段预应力空间网架结构一次张拉计算法是正确、可靠和有效的。     

银川机场航站楼钢结构风振分析

对银川机场扩建工程中的航站楼主楼钢结构的风致振动效应进行了分析.简述了该建筑风洞试验的风压分布特点.采用基于里兹向量的振型分解频域法进行结构风振计算.分析了该结构的风振效应的数值和分布特点,发现平均风荷载较大区域(靠近来流区域)的风振系数相对较小,而平均风荷载较小区域(远离来流区域)的风振系数反而大.结构的平均风效应和脉动风效应并不完全符合分布相似的特点,因此在设计时简单地采用统一风振系数的做法,将不能有效反映结构的实际风致振动效应.     

布索方式对弦支穹顶结构稳定性能的影响研究

弦支穹顶结构由上部单层网壳和下部索杆系统组成。为了解下部索杆系统的布置形式对弦支穹顶结构整体稳定性能的影响,确保结构在设计过程中合理布置下部索杆系统,以单层网壳以及9种不同索杆布置形式的弦支穹顶,共10种跨度均为122m的结构为研究对象,进行全跨荷载与半跨荷载下考虑初始几何缺陷与无初始几何缺陷的整体稳定性计算,提取结构失稳模态与结构稳定性系数,分析不同布索形式对结构稳定性的影响,并将计算结果与单层网壳结构的计算结果进行对比。分析结果表明:结构对初始几何缺陷较为敏感,结构的稳定性与下部索杆中撑杆的布置数量与位置有较大的关系,而与斜索的具体布置形式关系不大,且半跨荷载对结构更为不利。