一种模块化折叠式活动房展开机构及运动过程分析

为设计一种折叠效率高的新型模块化折叠式活动房,将可展机构应用于活动房结构中,提出了由四个可折叠框架榀双向对称布置组成的具有两向自由度的模块化可展单元,并对其运动过程进行了分析。首先,阐述了折叠式活动房展开机构的模块化组成方式。其次,根据机构展开过程的运动特征,将活动房展开机构简化为平面机构并计算自由度,基于速度瞬心图解法对机构进行运动学分析。接着,采用CREO运动仿真软件,对运动学模型进行了验证及分析,并确定了多模块组合时活动房的折展方式。结果表明:所建立的运动仿真模型所得数据与理论计算数据吻合度良好且符合框架榀折展时的运动规律,各杆件实现了协调联动,结构能顺利折展。最后,利用3D打印技术搭建了活动房可展机构的实体模型,并对其运动过程进行模拟,进一步验证了机构良好的折展性以及所提折展方式的可行性。

带悬臂的张弦梁拉索-支座节点力学性能研究

为得到带悬臂的张弦梁拉索-支座复杂节点在不同工况下的力学性能变化规律,以及在设计荷载组合下的破坏模式,结合某大跨度张弦梁实际工程,通过建立多尺度有限元模型以及现场试验的方法研究了该节点在张拉过程中的应力、应变分布特征;通过局部节点有限元分析得到了节点的极限承载能力及破坏模式;并针对其受力特征对节点构造及壁厚进行优化。结果表明在施工及使用阶段,该节点应力均处于弹性范围内,满足力学性能要求;节点的破坏荷载约为设计荷载组合的3.2倍,破坏模式为耳板上拉索孔区域受拉破坏;优化后节点的应力分布更加均匀且合理,承载能力提高。

折叠装配式框架结构静力试验研究

为获得折叠装配式框架结构的静力性能,设计了两个折展框架榀足尺试件,通过开展结构静力加载试验对单榀折展框架在不同荷载工况下的变形特征、承载性能与破坏形态进行了研究。试验结果表明:对于正常使用状态,进行静力加载时,有支撑的单榀框架结构整体变形处于弹性范围,水平作用下受推和受拉位移变化趋势基本一致,且增设支撑对折展框架的刚度影响较大;水平极限荷载作用下,有支撑的单榀框架结构在支撑连接处首先出现不可逆的塑性变形,单榀框架在边柱下端与下部拉条连接处发生局部破坏;上、下层梁柱节点弯矩-转角曲线变化趋势一致,但上层节点初始刚度明显弱于下层节点初始刚度,同层梁柱节点初始刚度基本相同;单榀框架的各关键点处等效应力在往复加载过程中推拉对称,结构总体处于安全状态。

拉索加速腐蚀试验及其引起的力学性能退化研究

拉索作为弦支结构体系的核心构件,当其暴露于自然环境时不可避免会发生腐蚀,进而引起力学性能退化。为理清腐蚀影响因素对拉索腐蚀形态及力学性能的影响规律,通过试验研究与数值模拟相结合的方式,开展拉索腐蚀形态分析与静力性能研究。首先,制备5组共60套拉索试件,开展室内加速腐蚀及静力拉伸试验,揭示pH值、Cl^(-)浓度、腐蚀时长等因素对拉索腐蚀形态与腐蚀率的影响规律,并通过剖析腐蚀率与拉索力学性能参数间的数理关系,建立拉索考虑腐蚀影响的本构模型;然后,建立拉索截面腐蚀数值模型,分析归纳不同环境下的拉索腐蚀形态,在与试验结果对比验证的基础上,给出均匀和缝隙腐蚀的截面简化几何模型,并据此建立150套综合考虑点蚀、缝隙和均匀腐蚀不同组合的拉索精细化数值模型,计算补充拉索腐蚀后力学性能参数样本库,以弥补试验过程中腐蚀率范围较小的局限性,进而修正前述通过试验数据建立的腐蚀拉索本构模型,为在役弦支结构性能评估奠定理论基础。

水上大跨度空间网格结构的低温灾害与防腐技术研究

水上大跨度钢屋盖结构在低温雨雪冰冻灾害过程中,钢材性能的变化和材料的腐蚀,都对大跨度空间钢结构的性能产生了一定的影响。基于低温条件下钢材的主要力学性能指标变化,通过APDL语言编程建模,分析了一种典型空间钢网格结构在低温条件下的静力性能变化;引入钢材材料腐蚀级别,得到了腐蚀对结构的静力影响曲线,最后提出了新型建筑钢材的防腐技术,为大跨度空间钢结构防灾防腐提供了一定的参考。

无铰索-拱复合结构设计与力学性能分析

无铰拱因构造简单、稳定性好而应用广泛,在裸拱上引入预应力形成的索-拱结构可进一步优化结构效能,但现有研究大多针对有铰拱,从而限制了无铰索-拱结构的推广应用。基于无铰拱在均布荷载作用下的弯矩分布规律,利用等效荷载法研究了无铰索-拱结构的预应力设计方法,并对比分析了无铰索-拱与无铰拱的力学性能;针对索-拱结构拱脚弯矩增大幅度较大的现象,提出了先铰支后固支与反向修正制造线形的施工方式;通过对比分析先铰支后固支无铰索-拱结构与对应裸拱结构的静力性能,厘清了预应力对无铰拱的内力优化规律,发现无铰索-拱结构的预应力主要优化了结构在恒载作用下的弯矩,且结构在半跨荷载作用下的稳定性远低于全跨荷载。

U形钢板-混凝土组合梁拼接节点受拉试验研究

空腹夹层板结构的U形钢板-混凝土组合下肋梁采用装配化施工时,将拼接节点设置于跨中位置具有受力明确、施工方便的优点,但拼接节点处的较大拉力也使其成为整个结构的薄弱区域.为研究U形钢板-混凝土组合下肋梁拼接节点的力学性能,设计了5组U形钢板-混凝土组合梁拼接节点足尺试验模型,开展了拉力荷载下的静载试验,通过与有限元模型进行对比分析,明确了拼接节点在拉力作用下的内力分布规律与破坏模式,揭示了栓钉布置形式、混凝土强度、钢筋直径等因素对拼接节点力学性能的影响规律.研究发现:U形钢板-混凝土拼接节点约71%荷载由U形钢板承担,29%荷载由纵向钢筋承担,且拉力作用下节点内力沿试件长度方向分布并不均匀;在极限荷载作用下,组合梁拼接节点的混凝土将发生劈裂破坏,U形钢板最大应力达到屈服强度的95%以上,并与混凝土发生剥离.此外,通过对比分析5组试件的试验结果以及有限元参数化分析结果,发现随着栓钉数量的增加,节点极限承载力提高4%~8%,且U形钢板底板应力随栓钉数量的增加而增加;而提高混凝土强度和增大面筋直径可减小U形钢板的应力,但减小幅度较小.

《桥梁工程》课程的试卷分析及教学改进措施

《桥梁工程》课程是土木工程专业桥梁、道路等方向的专业核心课程,通过考核学生对该门课程的掌握情况,从而了解教学效果,达到应用型专业人才培养的目的。本文以重庆交通大学2012级土木工程专业桥梁方向的试卷为例,从考核方式、试卷命题及最终成绩等方面分析该门课程的考核情况,并针对考核中存在的问题提出改进措施,为《桥梁工程》课程的教学提供一定的参考。

焊接缺陷对超大跨拱桥钢管拱肋力学性能的影响

超大跨拱桥钢管拱肋本身对温度比较敏感,且误差累积效应明显,因此拱肋在焊接施工过程中的焊接缺陷对结构性能产生的不利影响十分突出,甚至威胁结构安全性。为研究焊接缺陷对超大跨拱桥钢管拱肋整体力学性能的影响,采用ANSYS有限元软件分析了拱肋钢管焊接残余变形大小与分布,并引入结构整体分析中,得到了焊接残余变形对整体结构的影响规律,并从拱肋焊接制造方面提出了减小焊接变形的具体措施。结果表明:钢管-钢管对接焊接沿轴向焊接残余变形最大,为1.26×10-3 m;焊接缺陷使拱肋最大节点变形与最大杆件内力分别增大34.6%和22.9%;提出的施工措施对类似500 m级拱桥工程减小焊接变形具有一定的指导作用。

温度变化对钢管混凝土拱桥斜拉扣挂预抬值与主拱圈线形的影响分析

大跨径钢管混凝土拱桥施工过程中的环境温度变化,会影响吊装阶段的节段预抬量控制值,进而对成桥线形控制有显著影响。该文依托某大跨度钢管混凝土拱桥实际工程,建立了结构有限元数值模型,采用多个温差段分析了温度对吊装扣挂预抬高量以及合龙后主拱圈线形的影响规律。结果表明:预抬值需考虑温度变化影响,且不可忽略钢管因温度变化而引起的变形,拱上建筑施工阶段主拱圈挠度变化受温度影响较大,并利用最小二乘法拟合出主拱圈挠度变化与环境变温显式非线性函数关系,拟合值与有限元值吻合较好,实用性强。

天津奥林匹克体育中心游泳跳水馆施工过程分析

天津奥林匹克体育中心游泳跳水馆的屋盖结构体系采用了空间桁架结构。对于空间桁架结构而言,目前多数研究主要集中在节点承载力、静动力性能及其稳定性能上,对于结构施工过程的数值模拟涉及较少。而在大跨度空间钢结构桁架施工过程中,由于结构温度的变化、太阳辐射的影响和卸载方案的差异,施工过程将对结构在使用阶段的力学性能产生显著的影响。以天津奥林匹克体育中心游泳跳水馆钢结构空间桁架结构为工程背景,分析了不同卸载方案、考虑太阳辐射影响的不同合拢温度下钢结构桁架的杆件内力、节点位移、支座反力等结构响应,得出了卸载方案和合拢温度对结构性能的影响程度,为今后大跨度桁架结构的施工方案制定提供了参考和设计依据。

某跨海大桥钢箱梁临时存放过程中破坏机理分析及加固措施研究

针对薄壁钢箱梁临时存放过程中产生的局部变形破坏,以某跨海大桥钢箱梁临时存放过程中产生的局部变形为背景,采用现场检测、有限元法与理论分析相结合的方式研究破坏产生的原因,并提出可靠的局部变形修复方案。结果表明:钢箱梁发生局部变形破坏的主要原因为支座位置设置不当,其引起的变形主要集中在支座范围内;提出采用梁端多点支撑、局部增强横隔板支撑,局部割除、更换变形部件的修复措施,实现了钢箱梁临时存放引起的局部变形破坏修复,修复效果较好。

折叠装配式框架结构整体力学性能分析

折叠装配式框架结构具有机动性强、折展效率高、便于携带等优点,可应用于抢险救灾与部队驻训的临时活动房屋中。为保证结构的安全可靠性,利用有限元软件建立2组模块单元组装成的框架结构有限元模型,计算结构在考虑60cm积雪荷载、11级风荷载等恶劣环境作用下结构的变形、应力等静力性能,发现结构的各项静力性能均满足规范要求,能保证结构满足承载能力和正常使用极限状态。

新形势下钢结构课程教学改革的思考

当前我国钢结构行业正面临一次深刻的变革，以人才培养为核心的高等教育改革应以社会经济变革为导向。本文结合当前我国钢结构行业的发展形势，深入剖析了钢结构行业发展过程中面临的机遇和挑战，并提出了改革钢结构课程教学、适应社会发展需求的几点思考，为新形势下钢结构课程的教学改革提供一定的参考。

夜郎湖大桥主拱圈悬臂浇筑施工挂篮优化分析

夜郞湖大桥为净跨径210m的上承式钢筋混凝土箱形拱桥,主拱圈采用斜拉扣挂悬臂浇筑法施工时,提出了一种新型三角桁架式挂篮。挂篮自重(含模板)82.5t,最大承重188t,初步设计采用4根锚吊杆,锚固在拱圈底板。为验证挂篮初步设计方案的可行性,采用MIDASCivil和MIDASFEA有限元软件分别建立挂篮整体模型和拱圈1号节段模型,分析挂篮及拱圈局部受力性能;并根据分析结果进行挂篮优化设计及分析。结果表明:初步设计方案下挂篮应力较大,拱圈节段在锚吊杆锚固附近的主拉应力过大,不能满足施工要求;将锚吊杆数量优化为2根,并将锚固位置移至拱圈顶板后,与初步设计方案相比,优化方案的经济性更好,拱圈节段受力更合理,新型挂篮的优化设计方案可行。

折叠装配式活动房模块化围护结构设计

为保证折叠装配式活动房的建筑围护功能和高效折叠特性,设计提出一种折叠装配式模块化围护结构。首先根据活动房框架结构的布局特征,详细介绍了屋面板、墙面板模块的构造细节,并结合墙面板开设门、窗洞口的建筑功能需要,设计了带折叠门、窗的墙面板形式;然后根据活动房的使用功能和美观性要求,开展了围护结构材料的比选设计工作。

基于混沌猴群算法的结构有限元模型修正

有限元模型修正可转化为优化问题;基于此,将全局寻优算法——混沌猴群算法引入到有限元模型的修正中。利用响应面法,实现结构响应与待修正参数间非线性隐性关系的显式表达。基于最小残差原理,建立优化目标函数;利用混沌猴群算法求解该函数,得到修正后的结构有限元模型。以一个数值算例验证了该方法在结构有限元修正中应用的可行性。研究拓宽混沌猴群算法的应用范围,为有限元模型修正提供了一种新的思路。

基于无应力正装迭代法的大跨混凝土斜拉桥合理施工状态分析

大跨混凝土斜拉桥收缩徐变效应显著,单一计算方法很难完美确定其合理施工状态。目前确定斜拉桥合理施工状态的常见计算方法有前进分析法、倒退分析法、正装迭代法、倒拆-正装交互迭代法、无应力状态法等。以一座主跨300 m的大跨混凝土斜拉桥为依托,建立Midas三维空间有限元模型,基于无应力状态法与正装迭代相结合的计算方法,确定其合理施工状态,获取考虑收缩徐变效应后无应力正装迭代收敛本质及相关迭代规律。主要结论表明:考虑混凝土材料收缩、徐变效应后,构件无应力状态量会随施工过程发生变化,收缩徐变对结构线形影响实质是对结构构件无应力状态量的影响,导致最终成桥状态与目标状态不闭合;调整无应力状态量进行正装迭代分析可实现闭合;基于无应正装迭代法,大跨混凝土斜拉桥索力、线形与设计值能够闭合,内力与设计值接近。

持荷状态下大尺度钢管拱肋拼接焊缝焊接残余应力分析

为研究持荷作用对大尺度钢管拱肋拼接焊缝残余应力的影响,以及大尺度焊缝焊接残余应力的分布规律,以主跨575 m的特大跨钢管混凝土拱桥--广西平南三桥为背景进行分析。开展持荷状态下拱肋拼接焊缝残余应力足尺模型试验与数值模拟,分析拱肋拼接焊缝试件轴向、环向焊接残余应力分布情况,并与非持荷状态试件进行对比。结果表明:持荷作用对钢管拱肋拼接焊缝焊接残余应力的影响较小,但管内节点处肋板的设置会对钢管拱肋拼接焊缝残余应力产生较大影响;拼接节点处的轴向焊接残余应力以拉应力为主,沿拱肋主管轴向先增大后减小,最终趋于稳定;拼接节点处的环向焊接残余应力沿主管环向拉-压交替分布,拉应力分布在离焊缝较近区域与肋板影响区域,压应力主要分布在肋板之间区域。

地下V形柱节点安装偏差对V形柱受力性能的影响分析

为研究地下V形柱分段施工产生的节点偏差对V形柱受力性能的影响,结合工程实例,利用MIDAS有限元软件分析结构正常使用状态下单个节点偏移量和方向对V形柱受力性能的影响以及多个节点偏差组合对V形柱受力性能的影响。研究结果表明:单个节点产生偏移时,偏移节点处应力值和柱最大应力值与偏移量基本呈正线性相关;偏移量取规范限值3 mm时,柱最大应力值可达到120 MPa,为无偏移时的1.8倍;偏移量取5 mm时,柱最大应力值可达到165 MPa,为无偏移时的2.4倍;节点在最不利偏移方向上的V形柱最大应力值可达到最有利偏移方向上的1.5~2倍;偏移量取规范限值3 mm时,多个节点偏移最不利组合可使柱最大应力值达到168 MPa,为无偏移时的2.5倍;偏移量限值取5 mm时,多个节点偏移最不利组合可使柱最大应力值达到303 MPa,为无偏移时的4.5倍。