国家体育场钢结构屋盖落架过程模拟分析

首先对大跨度钢结构的落架过程进行了简单分析,并给出了落架应遵循的基本原则。其次,针对大跨度钢结构的落架,提出了同步协调和分组分步两种落架方式;结合国家体育场的施工方案,对其落架方案进行了详细分析。最后,采用等效弹性杆端位移法,基于ANSYS有限元软件,对国家体育场的落架进行了全过程模拟分析,通过“从外到内”和“从内到外”两种落架顺序计算结果的对比,证明前者是一种合理的落架顺序。

车辐式张拉结构张拉过程模拟分析及张拉方案研究

车辐式张拉结构造型轻盈通透,常作为大跨度体育场建筑的屋盖结构形式。对于由索杆组成的车辐式张拉屋盖结构而言,屋盖施工常常采用整体张拉成型的方法,其张拉方案的制定以及张拉过程中"力"与"形"的控制是施工张拉过程的核心内容。分析制定张拉方案所应当遵循的原则,并以深圳宝安体育场屋盖结构为例,对拟制定的3种张拉方案进行张拉过程数值模拟分析,同时依据数值分析结果评估各种张拉方案的优缺点。

国家体育场钢结构安装方案研究

研究了国家体育场钢结构安装的三种方案:①全部主结构和次结构按照设计位形在临时支撑塔架上安装,然后拆卸支撑塔架,主、次结构同时落架;②主结构和立面次结构按照设计位形在临时支撑塔架上安装,然后拆卸支撑塔架,落架完成后再安装肩部和顶面次结构;③主结构和立面次结构按照设计位形在临时支撑塔架上安装,然后拆卸支撑塔架但保留各支撑5%的待拆量,落架95%后安装肩部和顶面次结构,最后再二次落架。通过施工过程模拟分析,从结构的受力状态转变、从构件加工和制作的难易程度以及从施工周期等三个方面给出了这三种结构安装方案的优点和缺点。

结构的耗能减震与防屈曲支撑

防屈曲支撑作为一种新型的耗能减震构件,改进了普通支撑易受压屈曲的缺点,地震时有很好的耗能能力和延性。它与框架共同组成双重抗侧力体系,目前在美国和日本有日益广泛的应用趋势,在我国个别工程中也开始使用。结合介绍这种支撑构件及支撑框架的研究和应用现状,分析了防屈曲支撑的构造和受力机理,探讨了它的应用前景。

加劲钢板剪力墙弹性抗剪屈曲性能研究

系统地分析了三个主要参数(板高厚比λ、肋板刚度比η和柱刚度β)对钢板剪力墙弹性屈曲性能的影响;提出了钢板剪力墙的三种弹性屈曲形式(局部屈曲、整体屈曲和相关屈曲),指出肋板刚度比η=40时(相当于I s=3.7bt3)能保证十字加劲板发生小区格板的局部屈曲或整块板的相关屈曲;指出现行高层建筑钢结构规范用于纵横加劲板局部屈曲荷载的设计表达式仅适用于η≥40的条件,而在η<40范围内,其计算结果偏于不安全;研究了交叉加劲板的弹性屈曲荷载,并与非加劲板和十字加劲板的屈曲性能进行了比较;最终给出了柱刚度对弹性屈曲荷载的修正系数,提出了交叉加劲板弹性屈曲荷载的简化计算公式。

复杂钢结构施工力学问题的研究与应用

对大型复杂钢结构施工过程中存在的力学问题进行了剖析,探讨了解决这类问题的思路和方法。针对CCTV新台址主楼“塔楼倾斜”、“空间连体”及“大悬臂”的构成特点,通过施工分析给出了结构在施工过程中的安装变形预调值以及幕墙的变形情况,作为主楼施工及安装的重要依据。

广州新电视塔细腰段整体模型稳定性试验研究

广州新电视塔是采用钢结构外框筒和钢筋混凝土核心筒组成的筒中筒结构体系,外框筒由斜向布置的钢管混凝土柱、钢管斜撑以及倾斜放置的环向钢管构件构成。整个结构外框筒细长、细腰及扭腰等构成特点,使结构外框筒稳定性设计变得非常复杂。在中部细腰段,内外筒之间仅靠四道水平径向支撑构件连接。因此,细腰段外框筒群柱的稳定性成为控制结构安全的重要因素之一。对细腰段整体模型进行稳定性试验,研究细腰段在恒定轴力和水平风荷载作用下的稳定极限承载力、破坏模态及破坏机理,揭示广州新电视塔外框筒结构存在的群柱失稳现象。详细地阐述试验方案及试验过程,深入分析主要试验结果,相关研究成果为电视塔外框筒结构设计提供重要依据。

闭口式压型钢板-混凝土组合楼板受弯承载力的试验研究

分析了一种闭口式压型钢板 混凝土组合楼板的构成特点和受力性能的同时 ,进行了 1 6块组合楼板的受弯试验研究 ,探讨了这种组合板的正截面抗弯承载力及其破坏形式 ,依据楼板的塑性截面设计理论给出了其承载力的简化计算公式。试验结果表明 ,这种组合楼板承载力高、延性好 。

大跨度钢结构屋盖落架分析方法

首先对大跨度钢结构屋盖的落架过程进行了简单分析,给出了落架应遵循的基本原则,并提出了“同步协调”和“分组分步”2种落架方式;其次,介绍了落架过程数值模拟的3种计算方法:支座位移法、等效杆端位移法和千斤顶单元法,并详细论述了各自的计算原理及特点;最后,基于ANSYS有限元软件,应用3种落架计算方法对3点支撑悬臂梁及国家体育场进行了落架过程模拟。结果表明,等效杆端位移法和千斤顶单元法是2种合理有效的方法,并可以方便地应用于工程实际中。

装配式防屈曲支撑设计理论的研究进展

介绍了近年来各国学者提出的几种装配式防屈曲支撑形式;在此基础上,阐述了内核构件与外围约束构件的相互作用机理,外围约束构件刚度折减等装配式防屈曲支撑设计理论问题;讨论了保证外围约束构件整体工作对螺栓强度和螺栓间距的要求;最后对防屈曲支撑框架节点性能的研究现状进行了总结。

车辐式张拉结构施工随机误差敏感性研究

深圳市宝安体育场屋盖结构为车辐式张拉结构,目前拟采用定尺定长设计与张拉的施工方法。在索系结构的张拉施工过程中,各种类型的构件会产生不同的制作与安装误差。这些误差对结构的位形与力学性能影响,涉及到误差影响的敏感性分析。针对宝安体育场屋盖结构,提出一个误差敏感性判定指标,对其施工过程中可能产生的各种误差进行敏感性分析,包括各类拉索的误差与外环梁误差等。通过对屋盖结构在各类随机误差同时存在下的结构力学性能研究发现,当构件加工与安装等各环节的精度满足一定条件时,宝安体育场屋盖结构能够抵抗各种随机误差造成的不利影响。

CCTV新台址主楼钢结构施工变形预调值计算的分阶段综合迭代法

CCTV新台址主楼两塔楼双向倾斜6°,顶部通过"L"形大悬臂相连,整体结构形成一个不规则的"空间门式"结构体系,具有"塔楼倾斜"、"空间连体"及"大悬臂"的构成特点。主楼钢结构安装采用无支撑胎架的施工方案,悬臂段合拢前两塔楼不断地向倾斜方向内侧独立变形,合拢后二者相互支撑,协调变形。施工过程中必须对两塔楼及大悬臂结构和构件的安装位形设置预调值,使其施工完成后的结构位形满足设计位形或目标位形的要求,否则成型位形将不满足设计及施工要求,甚至会导致大悬臂结构无法顺利安装。针对CCTV新台址主楼,提出一种精确计算其钢结构施工变形预调值的分析方法———分阶段综合迭代法。分析给出了结构在施工过程中的变形预调值,作为实际结构施工及安装的重要定位依据。

大跨度复杂钢结构施工过程中的若干技术问题及探讨

大跨度钢结构施工过程表现出诸多力学及技术问题 ,应引起设计和施工工程师足够的重视。结合我国一些重点钢结构工程项目 ,对安装过程中需要解决的力学及技术问题进行分类 ,论述其重要性及解决办法。这些问题包括 :1)吊装过程中结构及构件的稳定性计算 ;2 )滑轮力学问题及计算 ;3)设置临时支撑柱对结构安全的影响 ;4 )拆撑过程中的安全问题及计算 ;5 )预应力张拉全过程跟踪模拟计算及方法 ;6 )施工过程的跟踪模拟计算及方法 ;7)柔性结构的成型问题及计算 ;8)大跨度结构的整体提升设计及计算。

首都国际机场A380机库屋盖整体提升一体化建模分析

介绍首都国际机场A380机库屋盖整体提升方案,深入剖析屋盖提升过程中的力学问题,提出基于一体化模型的提升全过程分析方法。该方法综合考虑拼装胎架、提升结构、提升塔架以及提升索四者之间的相互作用,考虑风荷载及温度变化的影响。对A380机库整体提升的全过程———起提、提升、合拢、落架进行跟踪分析,给出施工过程中提升屋盖、提升塔架以及提升索内力和变形的变化情况,分析结果可为工程的顺利实施提供技术支持。

大型复杂钢结构施工力学及控制新技术的研究与工程应用

随着我国钢材产量持续位居世界首位,钢结构在建筑工程中的应用越来越广泛。特别是大型公共建筑领域,涌现出大量复杂钢结构工程。它们对施工力学分析和控制技术提出了多方面挑战,尤其表现在三维动态变形预调技术的发展,整体提升、落架、起扳、滑移、张拉技术的信息化应用,面向建筑全生命周期结构设计理念的实现以及对施工误差、施工环境温度、焊缝收缩、混凝土收缩徐变等影响成型结构性能的因素的控制研究上。这些技术难点,必须通过能够在时间域和空间域进行协同时变分析的一体化系统来解决。结合国内外具有代表性的大型复杂钢结构工程,阐述了一体化协同时变分析系统在解决上述施工力学和控制问题时的原理、方法以及其中的新算法、新技术,为今后的工程建设提供参考。

波浪腹板工形构件抗剪承载力设计理论及试验研究

波形腹板工形构件主要有三种波形形式,即梯形、三角形与正弦波浪波形等。在总结前人对梯形腹板抗剪承载力研究成果的基础上,对波浪腹板工形构件的腹板抗剪性能进行系统研究。针对波浪腹板的屈曲特性提出弹性剪切屈曲荷载的计算公式,给出计算公式的适用范围。基于弹塑性大挠度有限元分析研究波浪腹板的弹塑性屈曲性能以及屈曲后行为,揭示其抗剪承载力极限状态以及缺陷敏感性,提出弹塑性屈曲荷载的实用计算公式,建立波浪腹板抗剪承载力设计方法。进行6个波浪腹板短梁试件的抗剪承载力试验,揭示波浪腹板的抗剪极限状态与初始屈曲及屈曲后性能之间的关系。试验结果与有限元结果吻合很好,推荐的设计公式合理。

四角钢组合约束型防屈曲支撑的轴压试验研究

四角钢组合约束型防屈曲支撑具有轻量化及装配化等特点,其组成特点是采用高强度螺栓把4个外围约束角钢连接成整体,形成对内核构件的整体约束作用。该类防屈曲支撑受轴压荷载作用时,4个外围约束角钢之间以及内核与外围约束构件之间存在复杂的相互作用,外围约束构件受力状态复杂。文中进行了5根四角钢组合约束型防屈曲支撑在轴压循环荷载作用下的试验研究,考察其受力性能与破坏机理、轴压承载力与骨架曲线以及约束比参数对它们的影响。对试验试件建立精细化有限元模型(螺栓单元与接触单元),模拟分析其加载过程的应力与变形发展历程。通过对比各试件的试验实测结果、理论计算结果与精细有限元模拟分析结果,表明有限元分析结果可偏于安全地预测试件的实际受力状态;如果计入内核端部附加偏心距的影响,理论设计公式可用于这类防屈曲构件的承载力设计,具有较高的可靠性。

巨型落地圆环钢结构安装方案研究与分析

针对巨型落地圆环结构的组成特点与受力性能,提出一种全新的整体旋转起扳的施工方法,并详细论述了圆环结构整体起扳前对其面内刚度的加强措施、临时起扳结构与设备的参数选择及要求。在此基础上建立了多种起扳方案的一体化有限元分析模型,分析了起扳过程中的起吊索力、圆环临时起扳柱脚内力及A形支承张拉架柱脚内力的大小及变化,确定了最佳的旋转起扳方案。另外,在结构制作与地面卧位拼装时采用了预变形技术,以保证结构安装完成后保持一标准圆环造型。通过对多种拆索方案进行对比分析,确定了采用水平顺序拆索的最佳施工方案。最后分析了结构安装过程中特殊节点的受力机理,进行了节点选型并提出其构造方法。

钢板剪力墙的分类及性能

对钢板剪力墙结构进行分类讨论,分析了墙板本身的力学性能、使用性能以及与框架的相互作用;探讨了内嵌钢板与框架栓接或焊接的典型连接方式,并从制作安装、使用性能和对墙板性能的影响3个方面比较了栓接与焊接的优劣;分析了各类钢板剪力墙的特点和适用范围,为设计人员在工程应用中选择恰当的钢板剪力墙类型提供了参考。

波浪腹板梁平面外稳定承载力设计理论与试验研究

目前国外对波浪腹板梁的平面外稳定设计问题主要采用简化计算模型,缺乏精确的设计公式。从构件的截面翘曲惯性矩计算方法出发,提出波浪腹板梁临界弯矩的精确计算方法。有限元分析结果显示,仅在腹板波幅较大时,腹板波浪对构件的临界弯矩有明显影响。在此基础上提出波浪腹板梁弯扭屈曲稳定系数的一般计算方法。通过大量的有限元算例分析,以及与现有各国规范对工形截面梁面外稳定设计方法的比较,建议采用澳洲规范中的方法来确定构件弹塑性稳定系数与弹性稳定系数之间的关系。三根波浪腹板梁平面外稳定承载力试验结果与有限元分析吻合较好,验证了建议的设计方法的合理性。