中国黄海湿地博物馆结构设计

中国黄海湿地博物馆在原盐城火车站基础上进行改建,下部结构采用框架+BRB结构,上部屋盖采用大跨度桁架加强网壳结构。对大跨度屋盖选型优化进行了简化模型对比分析,对格构柱底铰接、刚接方案进行了讨论,对超限判断和应对措施、钢屋盖整体稳定和抗连续倒塌能力、下部主体结构加固方案进行了介绍。结果表明:桁架加强网壳结构结合了桁架和网壳结构的优势,钢屋盖整体稳定性能和抗连续倒塌性能均较好。马鞍形屋面相比平屋面,竖向和水平刚度均大很多,结构设计时充分利用桁架加强网壳结构和马鞍形造型的优势,实现了用较小的结构高度实现大跨空间。

高温下铝合金板式节点刚度退化及其对网格结构抗火性能的影响研究

采用有限元数值模拟分析方法,研究了200~400℃时铝合金板式节点的弯曲刚度退化机理。给出了不同温度对应的弯曲刚度退化折减系数,并分析了节点的破坏模式。分析结果显示,上节点板局部变形明显,下节点板出现拉剪破坏,翼缘板沿着周围螺栓孔位置断裂,随着温度的升高腹板应力集中位置逐渐向下发展,腹板发生断裂破坏。在上述基础上,通过典型铝合金网格结构的案例分析,研究了节点弯曲刚度退化对网格结构整体抗火性能的影响。结果显示,高温下,相较于未考虑节点弯曲刚度退化网格结构,考虑节点弯曲刚度退化的网格结构变形在高温区集中,竖向变形增加了4.5%,竖向承载力下降了46%。节点弯曲刚度退化对结构抗火性能影响明显,在铝合金结构整体抗火分析中应予以考虑。

考虑不同燃烧产物产率的复合功能体育馆烟气蔓延模拟分析

采用数值模拟方法,对某复合功能体育馆不同火灾场景下可燃物不同时的烟气蔓延进行了分析,研究了烟气蔓延对可用安全疏散时间ASET的影响,同时研究了不同可燃物的烟气产率、CO产率对烟气蔓延的影响规律。研究表明:可燃物的烟气产率和CO产率分别对能见度和CO浓度的影响较大,大空间体育馆的ASET主要取决于能见度的值。消防性能化分析时针对不同可燃物类型宜采用相应的燃烧产物产率,当对火灾可燃物的燃烧特性不明确时,建议烟气产率的取值不宜小于0.09。

基于贝叶斯理论的既有钢筋混凝土框架性能退化预测模型研究

在既有钢筋混凝土建筑中,由于结构所处环境各自不同,仅基于类似既有建筑的历史记录的经验数据的预测可能会产生误导,而贝叶斯定理提供了一种综合考虑经验数据和检测数据的方法,可根据检测数据动态更新预测模型。然而在贝叶斯分析过程中需要抽取大量的随机样本,因此引入Kriging自适应近似模型来降低计算成本。通过和有限元模型计算结果的对比,近似模型在提高计算效率的同时,也可保证分析结果的精确度在合理误差范围内。将贝叶斯理论应用到钢筋混凝土框架结构刚度退化系数预测模型中,发现检测数据的引入对后验分布有着显著影响,结构性能的预测依赖于信息的更新,基于贝叶斯理论的预测模型可以给出符合当前工程实际情况的预测模型。

ETFE薄膜低温单向拉伸性能

在20^-100℃下进行ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物)薄膜单向拉伸性能试验.结果表明:当温度降低至-40℃以下时,ETFE薄膜应力-应变曲线在强化前由明显的两折线几乎变成连续的曲线.随着温度的降低,ETFE薄膜第一屈服点应力、第一屈服点应变、第二屈服点应力和抗拉强度均呈近似线性升高趋势,破断延伸率呈近似线性降低趋势,而第二屈服点应变变化幅度不大.与常温(20℃)相比,低温下ETFE薄膜的抗拉强度有较大提高,而延性则明显降低.在温度从20℃降低至-100℃过程中,ETFE薄膜割线模量变化幅度在10%以内,因此工程设计中可以忽略低温温度变化对ETFE薄膜割线模量的影响.

ETFE薄膜双向力学性能试验研究

利用圆形气泡试验研究ETFE薄膜双向受力性能,得到了完整的真实应力-应变曲线和基本力学性能参数.结果表明：当真实应力为17～18MPa时,ETFE薄膜的真实应力-应变曲线出现第1个转折点,与单轴拉伸试验结果相同;当真实应力约为50MPa时,该曲线趋于平缓;当真实应力约为60MPa时,由于局部破损导致ETFE薄膜球冠失效;在双向拉伸下,ETFE薄膜破裂时的真实应变为30%～40%,远小于单轴拉伸试验结果.基于试验结果提出了1种四折线本构模型,并通过数值模拟验证其适用性.

铝合金单层网壳屋面板蒙皮效应研究

针对铝合金单层网壳结构,采用有限元分析方法研究了外荷载作用下屋面板的受力模式、应力构成以及蒙皮效应对网壳整体稳定性和经济性的影响。研究表明:屋面板在提供蒙皮效应作用时处于低应力状态且以受拉为主;考虑蒙皮效应后铝合金单层网壳的整体稳定极限承载力可提高5%~28%,提高幅度随矢跨比的增大而增大,随跨度的增加而减小;具体案例分析表明,考虑蒙皮效应后主结构构件的材料用量可减少7%~10%。

大跨度镂空网格结构风荷载研究

通过实体风洞试验与数值风洞模拟结果的对比分析,论证了数值风洞模拟方法应用于镂空网格结构平均风荷载模拟的可行性。通过对比分析箱形截面、工字形截面、平板壳截面对镂空网格结构平均风荷载模拟结果的影响,论证了在镂空网格结构数值风洞模拟中可将窄翼缘工字形截面简化为箱形截面。最后,以实际项目为背景,研究了大跨度镂空网格结构的风荷载特性。结果表明,镂空网格结构的水平风荷载较大,对结构设计影响明显。

国内外纤细高层建筑现象分析

随着我国经济的发展和城市化进程的快速推进,大量的超高层建筑如雨后春笋般在各地拔地而起。目前,我国已成为世界上拥有超高层建筑数量最多的国家,超高层建筑的设计与施工技术也处于世界领先水平。然而,受到多种因素制约,我国尚未出现超大高宽比纤细高层建筑结构。本文总结了国际大高宽比建筑结构得以迅速发展的原因,分析了国内目前高宽比超限建筑结构的现状。虽然现阶段我国建筑的最大高宽比与国际相比还存在较大差距,但随着社会经济的发展,对超大高宽比纤细高层建筑的需求会推动我国建筑高宽比实现新的突破。

世博轴阳光谷整体稳定性分析研究

2010年上海世博轴屋面体系由索膜结构和6个阳光谷钢结构组成,其中阳光谷为自由曲面单层网壳结构。由于阳光谷体量大、杆件截面尺寸小,具有网壳结构的典型特征,所以其稳定性是设计中关心的关键问题之一。本文对第一号阳光谷进行了整体稳定性分析研究。通过调整不同参数,研究了几何非线性、材料弹塑性及初始几何缺陷对结构整体稳定性的影响。分析结果表明,不同条件下结构的稳定承载力均满足国家相关规范要求;加载至第一个临界荷载时部分构件已经进入塑性,表明结构的失稳破坏后于强度破坏。本文采用的方法和研究内容可为类似工程的分析与设计提供参考。

框架-阻尼框筒结构体系技术研究

提出了一种由外框架、内框架和阻尼墙构成的新型框架-阻尼框筒结构体系。分析了阻尼墙对结构体系的刚度和阻尼贡献,推导了相应理论公式;研发了高承载力阻尼墙,并通过2个足尺试件的低周往复加载试验论证了其高承载力和高耗能能力;设计制作了2个两层单跨1∶2缩尺子结构模型,通过低周往复加载试验研究了框架-阻尼框筒结构体系的抗震性能。结果表明,框架-阻尼框筒结构体系具有优异的抗震性能,可应用于超高层建筑。

不同轴压比下叠合板式剪力墙结构抗震性能分析

叠合板式剪力墙结构是一种新型的装配式结构,它吸收了现浇混凝土结构与预制混凝土结构的优点,已经在国内中低层建筑中推广应用。目前的研究只是针对低轴压比下的抗震性能,将其推广应用于高层建筑中必然要开展高轴压比下抗震性能的研究。首先从理论上推导了在高轴压比下叠合板式剪力墙的极限承载力,结果表明叠合板式剪力墙由于预制层中混凝土强度等级高于现浇层的混凝土,在高轴压比下叠合剪力墙的极限承载力达到甚至超过了现浇整体剪力墙。基于OpenSEES采用两种不同模型对叠合板式剪力墙在不同轴压比下的受力性能进行模拟。第一种是多垂直杆单元模型,第二种是模型是纤维截面模型。模拟结果验证了理论推导的正确性,边缘构件预制的叠合剪力墙的极限承载力在高轴压比下要高于边缘构件现浇的叠合剪力墙,而且边缘构件预制的叠合剪力墙施工更加方便。因此预制边缘构件的叠合剪力墙推广价值更大。

叠合面对叠合剪力墙极限承载力影响的数值分析

归纳总结目前国外相关规范对界面抗剪强度的规定,通过有限元建立预制层和现浇层的接触面,定义叠合面的黏结-脱离损伤模型,分析叠合面的影响.研究结果表明,建立叠合面的黏结-脱离损伤模型能够反映叠合面在受力过程中的脱离破坏程度;在不同轴压比下,叠合面对叠合剪力墙极限承载力影响均较小,边缘构件现浇的叠合剪力墙叠合面脱离破坏程度较边缘构件预制的叠合剪力墙小.

双面叠合试件界面抗剪性能试验

通过6个双面叠合试件剪切性能试验,研究不同界面连接钢筋形式下叠合面的抗剪特性.试验结果表明,双面叠合构件均发生叠合面的剪切破坏,叠合面的裂缝出现过程并不同步,在叠合面裂缝出现之前,叠合试块整体性保持良好;叠合无筋构件呈明显的脆性破坏特征,破坏过程中改进的箍筋连接构件的延性优于传统的桁架连接构件;通过理论分析确定叠合面的破坏机理即新老混凝土界面的极限抗剪强度由混凝土黏结力、摩擦力和界面钢筋的销栓力共同作用,然而极限状态时界面的黏结力已经有一定程度的破坏,在计算极限承载力时并不能用三者的最大值简单相加.

框架-阻尼框筒结构体系在超高层建筑中的应用研究

在框架-核心筒结构体系的基础上,提出了一种新型结构体系“框架-阻尼框筒结构体系”。对某200m高、采用框架-阻尼框筒结构体系的超高层建筑进行了多遇地震下的设计,通过周期和层间位移角对比,得出钢板阻尼墙在多遇地震下可以提供所需刚度。进一步对该结构进行罕遇地震下的弹塑性时程分析,通过对基底剪力下降程度、顶部位移对比、层间位移角、框架损伤、钢板阻尼墙耗能和有害层间变形进行分析,表明钢板阻尼墙在罕遇地震下能够充分耗能,降低结构响应,保护框架构件。最后,研究了钢板阻尼墙屈服位移对结构层间变形和钢板阻尼墙耗能占比的影响。初步论证了框架-阻尼框筒结构体系可应用于200m左右的超高层建筑中,合理设计下具有优异的抗震性能,为超高层建筑的结构体系选择提供了一种新的方案。

上海浦东足球场风洞试验和风振响应分析

上海浦东足球场为跨度211m的轮辐式张弦结构体系,对其屋盖风荷载进行了研究。首先,通过1/300缩尺比的同步多点刚性模型测压风洞试验获得了屋盖上下表面的风平均内压和风压系数;其次,由风洞试验结果分析得到24个风向角下100年重现期对应的屋盖表面的风峰值外压;最后,结合结构的动力特性以及风洞试验结果计算了结构的风振响应和等效静力风荷载。结果表明:屋盖平均内压分布均匀并且随风向角变化不大;在迎风面外边缘可能出现最大的峰值外压;屋盖整体结构沿竖向的平均气动力和等效静力风荷载随风向角的变化有相似的变化趋势。

G60科创云廊单层铝合金网壳结构设计关键问题分析

介绍了G60科创云廊大跨自由曲面单层铝合金网壳结构设计中的几个关键问题,包括结构方案的确定过程、自由曲面单层网格结构的形态构建方法、网格的布置和优化、超长外露结构的温度应力,以及无覆盖网格结构风荷载的确定、盘式节点抗剪加强和刚度的考虑、网壳的整体稳定及树状柱的极限承载力分析等。结果表明,所采用的形态构建方法合理有效,能够得到受力高效且符合建筑对外形期望的理想形态;构件网格的布置符合力流走向且兼顾了透风率和构件长细比的需求;温度效应的不利影响通过取消长方向冗余构件、合理布置相对低膨胀系数的钢构件得到明显缓解;可采用实体风洞测力与数值风洞测压相结合的方式确定镂空网格结构的风荷载;增设一字或十字腹板连接板的方式可以有效加强传统盘式节点的抗剪承载力。

早期裂缝对钢板混凝土组合剪力墙抗剪承载力的影响研究

钢板混凝土组合剪力墙在施工中易出现早期温度裂缝和收缩裂缝,为定量分析早期裂缝对钢板混凝土组合剪力墙抗剪承载力的影响,基于混凝土受拉损伤等效模拟混凝土裂缝方法,对含早期裂缝的组合剪力墙抗剪承载力进行研究。首先提出降温生成初始裂缝和后续推覆分析的两步法,然后通过不同参数模型间的结果对比,分析开裂程度、轴压比和含钢率对含早期裂缝的钢板混凝土组合剪力墙抗剪承载力的影响。

钢板混凝土组合剪力墙早期内外温差影响因素分析

针对钢板混凝土组合剪力墙早期易出现温度裂缝的问题,采用有限元分析方法研究钢板混凝土组合剪力墙构件早期温度场。对混凝土的水化热、入模温度、散热系数和配钢率进行参数分析,分析结果显示,墙体内外温差与水化热、入模温度和散热系数均具有正相关性,与配钢率成负相关;另外,墙体内外温差峰值出现时间与水化热和配钢率均无关,但随着入模温度或散热系数的增大向前推移,进一步加剧了墙体早期开裂风险。研究结果可为钢板混凝土组合剪力墙早期抗裂提供指导。

交错桁架-柱装配式节点滞回性能试验研究

针对交错钢桁架与柱子装配式连接的工程应用和抗震设计需要,设计了三个不同连接构造的节点,试验研究了由上弦杆、斜腹杆和柱子组成的受轴力循环作用的桁架节点滞回性能,试验表明斜腹杆与节点板的焊接部位是薄弱环节,容易开裂破坏。在以上节点的斜腹杆破坏失效后,选择了其中两个节点,继续试验研究了由弦杆和柱子组成的受弯矩循环作用的框架节点滞回性能。分析了这些节点在斜腹杆失效前后的破坏特征、承载力、延性、耗能能力等性能以及不同连接构造细节对这些性能的影响。研究表明受循环轴力的桁架节点具有较高的承载力和初始刚度,但延性、耗能能力一般,弦杆与柱的连接构造形式对节点性能影响不显著;受循环弯矩的框架节点仍具有较高的抗弯承载力和耗能能力,但是弦杆与柱的连接构造形式对节点性能有较大的影响。为了抵抗地震作用,建议交错钢桁架的H形截面弦杆的上下翼缘应与柱子可靠连接,来确保斜腹杆破坏退出工作后弦杆通过抗弯方式传力到柱子,实现强节点的功效。