三星堆古蜀文化遗址博物馆大型螺旋坡道结构设计与分析

三星堆古蜀文化遗址博物馆中庭的螺旋坡道采用钢箱梁结构体系,最大半径28.7m,水平投影长度118.5m。介绍了大型螺旋坡道结构体系选型和边界条件的对比过程,采用通用计算软件MIDAS Gen建立多尺度整体模型考虑螺旋坡道和主体结构的相互作用,通过静力分析和反应谱分析考察螺旋坡道在不同荷载作用下的承载能力和变形,并采用有限元软件ANSYS建立分析模型进行连续倒塌分析。结果表明,螺旋坡道采用钢箱梁结构具有较好的整体刚度,静力荷载和地震作用下坡道的应力和变形均满足规范要求,并具有较好的抗连续倒塌能力。

基于向量式有限元的网壳结构地震易损性分析

为解决网壳结构地震易损性研究中,增量动力分析(incremental dynamic analysis,IDA)所面临的结构非线性分析耗时长且求解困难的问题,提出了一种基于向量式有限元的IDA方法。首先,以一个Kiewitt-8型单层球面网壳为例,验证了向量式有限元方法求解结构地震响应的准确性,其次选取12个不同参数的Kiewitt-8型单层球面网壳为研究对象,并考虑材料不确定性进行IDA分析,以地震峰值加速度与结构最大节点位移比为参数,绘制了结构在地震作用下的IDA曲线和轻微破坏、严重破坏及倒塌这三种性态下的易损性曲线。结果表明:向量式有限元能高效且准确的求解网壳结构的地震响应,屋面质量和矢跨比的增加均会增加三种性态点的超越概率;对于本文的网壳结构算例,求解时间仅为传统有限元方法的1/15,误差在3%以内,屋面质量和矢跨比的改变导致地震危险性最大增加了75%。

大跨度钢桁架结构卸载模拟及监测技术研究

以江苏省盐城黄淮湿地博物馆钢桁架结构卸载施工为背景,旨在通过有限元技术及基于多传感器融合的现场监测技术研究大跨度桁架结构卸载施工关键技术。研究结果表明:有限元计算结果能够获取卸载施工过程中的关键要素,为后续监测方案的设计提供参考。后续的监测结果表明,有限元方法对位移的计算结果可靠性要高于应力,与实际情况更加接近;基于多传感器融合的监测方法能够提高监测结果的准确性和远程监控效果,为桁架结构的安全性和可靠性提供了有力支撑。研究结果可为大跨度钢结构建筑的施工提供参考。

天津空客A330宽体机厂房焊接加固过程结构性能监测与分析

大跨度钢桁架加固方法多采用焊接加固增大截面法.针对大跨度钢桁架屋盖整体结构的负载焊接加固,以天津空客A321(A330宽体机厂房)屋盖为例,采用4片角钢,分肢与原H型钢的翼缘、腹板分别焊接的加固方式,设计了合理的焊接加固方案与监测方案,对结构关键构件在焊接加固过程中的应力、应变进行监测.以监测数据为依据,研究分析焊接加固过程中型钢与加固角钢的应力响应规律,验证钢桁架梁采用角钢焊接加固的传力有效性,判断焊接热输入的影响范围.结果表明:在负载焊接加固的过程中,局部高温热影响区引起应力重分布,加固角钢的存在对原有型钢构件起到了相应的承担作用,焊接加固过程中结构的安全性可以得到保证.此外,焊接加固时,通过监测相邻杆件的应力和应变,分析表明焊接热影响的范围在两个节间范围内,且带来的应力响应较小.

考虑下部结构单层球面网壳的地震动参数与易损性分析

目前大跨空间球面网壳结构的地震动参数研究与易损性分析多关注于上部结构,忽视了下部支承体系对整体结构的影响。为选取适于评估带下部结构肋环斜杆型单层球面网壳响应的地震动参数,以6个不同矢跨比、不同下部结构的单层球面网壳为模型,研究下部支承体系对球面网壳动力特性的影响,选取多条三维地震动作为输入对模型进行增量动力分析,从相关性、有效性和充分性三个方面对18个地震动参数进行分析评估。并基于大量算例失效时刻的特征响应,建立了考虑下部结构的单层球面网壳的地震损伤模型。结果表明:有无下部支承对结构基频影响较大,随着下部结构高度的增加,结构基频不断减小,无支承柱结构与带10 m支承柱结构的基频相差高达24%;加速度谱强度、峰值加速度与结构地震响应的相关性、有效性及充分性均优于其它地震动参数,可作为考虑下部结构肋环斜杆型单层球面网壳易损性分析的地震动参数。与此同时,在下部支承结构相同时,矢跨比小的网壳结构抗震性能更好,所致结构倒塌的临界荷载更大;支承高度对网壳抗震性能的影响并非呈线性关系,因此,在结构设计时应合理选取下部支承结构高度。

十堰某体育馆106m跨内凹弦支穹顶结构设计关键问题研究

十堰某体育馆主体结构采用框架-剪力墙结构体系,上部106m大跨内凹形屋盖采用弦支穹顶结构体系。为了满足建筑简洁性及结构合理性需求,对屋盖进行了四角锥网架、弦支穹顶及网架-弦支穹顶组合的不同结构形式对比,最终选用结构轻巧、经济性好的弦支穹顶结构体系。结合弦支穹顶结构自身的受力特点以及其对下部结构的不利影响,对弦支穹顶结构上下弦布置、扭转刚度、支座约束条件、撑杆高度等进行了优化。对弦支穹顶断索情况下的响应、不同工况下的支座位移以及拉索低应力状态下的刚度退化进行了验算。结果表明,优化后的屋盖结构满足结构安全、适用性的要求,同时也有较高的冗余度。

焊接空心球连接H型钢Z字形螺栓节点静力性能研究

提出了一种新型焊接空心球连接H型钢Z字形螺栓节点(新型螺栓节点),该节点适用于全装配大跨度弦支穹顶结构体系上部网壳连接。该节点的弦杆采用热轧H型钢,方便栓接、施工便捷、制造能耗低,可以实现部品部件到体系的标准化。为了研究新型螺栓节点的静力性能,对该节点进行了轴压、轴拉、纯弯和压弯荷载工况下的有限元分析,研究了该节点在不同荷载工况下的破坏模式、承载力、刚度、延性等力学性能指标,对比分析了新型螺栓节点与焊接空心球连接H型钢焊接节点(焊接节点)的破坏模式和静力性能。研究表明,在轴压和压弯荷载下新型螺栓节点和焊接节点的极限破坏模式均为H型钢弦杆局部屈曲和屈服,在轴拉荷载下新型螺栓节点和焊接节点的极限破坏模式均为H型钢弦杆全截面屈服,在纯弯荷载下新型螺栓节点和焊接节点的极限破坏模式均为H型钢弦杆局部屈曲。新型螺栓节点可以实现塑性铰远离焊缝和拼接区,符合“强连接,弱杆件”的设计要求。

充液复杂管道结构损伤程度识别有限元模拟

基于小波包分解法研究充液复杂管道结构损伤程度与损伤指数之间的关系,提出一种针对于充液复杂管道结构的损伤程度识别方法。分别建立相同损伤深度、不同损伤圆心角和不同损伤深度、不同损伤圆心角的充液复杂管道结构模型,研究损伤程度与损伤指数之间的规律。研究发现,当损伤深度为定量时,以损伤面积为变量的损伤程度与损伤指数间呈非线性相关关系,损伤指数随损伤面积的增加而呈先增后减的趋势;当损伤圆心角为定量时,以损伤深度为变量的损伤程度的增加会使得损伤指数值呈先减后增的趋势。结果表明,基于充液复杂管道结构损伤程度与损伤指数之间的关系,可快速实现损伤程度的识别并对损伤程度的发展趋势进行预判。

基于慢速时变动力学的空间结构施工过程精细化分析方法研究

针对空间结构施工过程模拟问题,依据时变力学基本原理,提出了基于慢速时变动力学的动态施工过程精细化分析方法。该新方法通过设置与实际施工动态过程相一致的分析时长,引入惯性力和阻尼力,实现时变结构几何、物理及边界等因素间的动态耦联,以达到真正意义上的施工全过程精细化分析。由此给出了该方法的求解思路和实现流程。通过对复杂大跨斜交连廊结构的施工过程分析,并对比施工实测数据,结果表明:该方法的计算值与传统静力施工过程分析方法相吻合,且总体上更接近工程实际,因此可用于空间结构的施工过程分析与安全评估;与传统静力施工过程分析方法相比,该方法一方面能够更准确反映实际施工过程中结构响应的动态累积效应,并获取任意时刻的结构受力和变形情况,另一方面,还可适用于强非线性的复杂施工过程分析(大变形、超大位移、机构位移等),从而避免了传统静力施工过程分析方法中非线性求解的收敛性难题。

分叉柱支承式单层曲面钢网壳施工过程监测研究

以云南红河综合交通枢纽单层曲面网壳为工程背景,对网壳结构、提升塔架的关键杆件布置测点进行施工过程监测研究,分析了结构在地面拼装及整体提升过程中内力的变化情况。通过对施工过程中网壳结构的温度效应进行研究,探讨了边界约束作用强弱对结构内力变化的影响程度,温度每变化1℃引起的网壳合拢后应力变化是合拢前应力变化的3倍;合拢后,温度每变化1℃引起网壳远离支座杆件的应力变化是靠近支座应力变化的2倍;对提升阶段监测数据进行分析,提升过程中实测应力波动范围在10 MPa以内,吊点提升同步性较好;此外,网壳结构卸载阶段监测数据表明,由于网壳提升状态与使用状态受力基本一致,网壳卸载前后应力变化较小,且卸载后支撑结构对温度敏感性较高。

瓯海奥体中心体育馆100m跨无环索弦支网壳结构设计

瓯海奥体中心由体育场、体育馆、游泳馆及体育配套用房组成,其中体育馆主体结构采用钢筋混凝土框架结构,屋盖采用了无环索弦支网壳结构体系,为国内外首例该结构体系工程。设计中针对屋盖结构进行了屈曲分析及抗连续倒塌分析,结果表明结构的整体稳定性较好、抗连续倒塌能力强,进一步证明了结构体系选择的合理性。对拉索索力进行了专项分析,保证在各工况组合下拉索均不破断及退出受拉状态,且刚度退化后仍满足设计要求。

钢板加固螺栓球节点力学性能试验研究

针对螺栓球节点高强螺栓漏拧、少拧的情况,实际工程中常采用焊接钢板加固螺栓球节点来保障螺栓球节点承载力。为探究钢板加固螺栓球节点的破坏形式及极限承载力规律,对三组高强螺栓拧入深度0.5d(d为螺栓直径)螺栓球节点采用钢板加固并进行受拉承载力试验。试验结果表明,钢板加固螺栓球节点虽能提高节点的承载力,但试件高强螺栓和钢板变形很难协调,共同受力不理想,易发生局部破坏。故对原有加固方法进行改进,并进行加固后螺栓球节点拉伸破坏试验。结果表明,改进后的钢板加固螺栓球节点力学性能得到很好的提升,可为螺栓节点加固提供保障。

数字孪生在空间结构生命周期管理中的应用与挑战

数字孪生是推动空间结构生命周期数字化、智能化管理的关键技术.为实现空间结构生命周期的智能管理,首先,分析数字孪生在“面向对象”和“面向过程”中的含义,给出基于数字孪生的空间结构生命周期管理新内涵;其次,分析空间结构在设计、建造和运维等结构生命周期管理各阶段的应用范式,以此建立数字孪生驱动的空间结构应用架构;最后,对数字孪生在空间结构生命周期管理应用中存在的挑战进行阐述和展望.研究表明,数字孪生是空间结构生命周期管理的技术保障,而高保真孪生体是实现数字孪生功能的重要前提.

三星堆古蜀文化遗址博物馆大型螺旋坡道结构减震设计与舒适度分析

三星堆古蜀文化遗址博物馆中庭的螺旋坡道采用钢箱梁结构体系,其最大半径为28.7m,水平投影长度为118.5m,宽度为4.5~14.5m。介绍了螺旋坡道结构减震(振)设计过程,通过设置黏滞阻尼器和调谐质量阻尼器减小坡道在地震作用和人行激励作用下的结构响应,采用MIDAS Gen和ANSYS软件建立多尺度整体模型考虑螺旋坡道和主体结构的相互作用,进行了地震作用时程分析和人行激励舒适度分析。结果表明,各水准地震下黏滞阻尼器对螺旋坡道水平加速度减震效率约为45%~50%,水平位移的减震效率约为55%~70%。设置调谐质量阻尼器对螺旋坡道竖向振动加速度减振效率约为55%~60%,有效减小了坡道在人行激励作用下的结构响应。

500m口径射电望远镜(FAST)索网结构风致破坏概率评估

大跨空间索网结构风敏感性突出,极易遭受风荷载影响。针对目前缺乏此类结构抗风性能评估方法的问题,以大跨空间索网结构FAST为例,提出一种基于实测风场数据的风致破坏概率分析方法。采集1971年~2020年结构所处地区的大量实测风速数据,通过概率分布拟合建立场地的风灾危险性模型。建立FAST的精细化有限元分析模型并模拟风荷载时程输入,采用非线性动力时程分析对结构的风振反应进行计算,基于概率性需求模型绘制易损性曲线。最后,结合得出的风灾危险性和结构易损性,计算得出FAST结构在所处场地实际风灾环境中的破坏概率。研究表明:该地极限风速为17m/s,风速在0~10m/s的概率最大;在120°、210°和300°风向角下,下拉索均为易损构件,210°风向角上吸风对索网结构最不利;在最不利风向角下,结构达到轻微破坏、中等破坏和严重破坏的总破坏概率分别为1.8359×10^(-4)、1.1499×10^(-5)和1.3202×10^(-6)。

基于无人机及YOLOX视觉算法的大跨度钢结构吊装过程位移监测

在大跨度钢结构吊装施工过程中,节点位移及结构变形关系到吊装施工的安全和质量。对于传统接触式监测方法存在的耗时、耗力且维护费用高等问题,提出了一种以无人机为载体的非接触式监测方式。首先,针对大跨度钢结构吊装过程中无人机近距采集视角受限的问题,采用Harris图像拼接算法进行全景拼接,并与图像加权融合相结合,消除图像拼接中产生的不利光标及拼接缝,实现整体、高精度的大跨度结构图像的无缝拼接;其次,采用加入卷积块注意力机制(convolutional block attention module, CBAM)的YOLOX视觉算法解决复杂背景下不同像素面积的小目标图像识别、坐标提取和位移监测;最后,对四种不同检测模型进行对比评估,并通过对比实验室不同工况试验和实际工程验证该方法在施工环境下对大跨度钢结构测点位移监测的可行性。试验结果表明,加入CBAM注意力机制的YOLOX检测模型的平均精度及置信度均优于其他三种网络模型,且视觉识别的位移信息与Leica全站仪的误差均在亚毫米级内,满足实际工程精度的要求,实现了复杂背景下的小目标位移监测,具备较高的经济效益和广泛的应用前景。

K6型单层球面网壳整体交互耦合屈曲行为

采用有限元数值模拟,基于K6型单层球面网壳的屈曲与后屈曲性态,提出整体屈曲的判别准则,并首次从变形特征角度分析两种整体屈曲模态交互耦合的发生机理及对屈曲承载力的削弱效应。研究结果表明,K6型单层球面网壳的稳定性易受整体交互耦合屈曲影响,且可导致屈曲极限承载力的显著削弱及不稳定后屈曲;其变形模式从屈曲阶段的最低阶整体屈曲模态主导,演化为初始后屈曲阶段的整体交互耦合屈曲模态主导,及最终的次低阶整体屈曲模态主导,是交互耦合屈曲产生的原因;缺陷幅值也会影响整体交互耦合屈曲对K6型单层球面网壳屈曲极限性能的主导作用。

鼓蜂窝四撑杆Ⅲ型索穹顶结构静力性能分析

鼓蜂窝四撑杆型索穹顶抛弃传统概念,结合了多撑杆构思,是构形最为丰富的一类索穹顶结构。为研究新型鼓蜂窝四撑杆Ⅲ型索穹顶结构静力性能,选取下弦节点布置方案1,建立跨度为120 m的有限元数值分析模型,研究该结构在不同荷载水平及分布方式下的变形和内力变化。并进一步对结构进行参数化分析,研究包括初始预应力水平、矢跨比、撑杆高度(厚跨比)及下弦节点布置方案等不同参数对于结构整体刚度与承载力的影响及变化规律。分析结果表明鼓蜂窝四撑杆Ⅲ型索穹顶具有良好的结构性能,各索杆均不容易发生破坏,结构整体刚度大。研究中给出了初始预应力水平与相关几何参数的合理取值范围,可为该结构索穹顶的实际工程设计与应用提供参考。

不同间距串列双球壳屋盖风荷载干扰效应大涡模拟

采用基于空间平均的大涡模拟方法,以串列双球壳屋盖为对象,研究了对不同中心间距下串列屋盖的风致干扰效应。首先,将球心距为160 m的双球壳屋盖大涡模拟结果与风洞试验进行对比,验证了数值模拟方法及参数的有效性;其次,对比分析球心间距分别为160 m和190 m时双球壳屋盖表面的风压分布特征,研究了不同中心间距对球壳屋盖表面平均和脉动风压分布的影响;最后,结合非定常绕流风场,研究了中心间距对串列双球壳屋盖风荷载的影响机理。结果表明:考虑的中心间距下,串列双球壳屋盖的平均和脉动风压系数的变化趋势类似;上游屋盖的遮挡效应减弱了下游屋盖迎风面的正压,但当间距比较小时,下游屋盖的阻塞作用会加剧上游屋盖的流动分离,使得顶部天窗的局部风吸力明显增加;随着间距的增大,上游屋盖背风面的分离涡由小尺度条带涡变化为大尺度弧形涡,使得屋盖顶部天窗、上游屋盖背风面和下游屋盖迎风面的风压脉动更为显著。

弯扭柱-螺旋梁观光塔结构设计与静力分析

对重庆长江艺术湾区中岛艺路项目的观光塔结构设计要点进行阐述和分析。观光塔分为塔身和飘带,塔身高38.1m,飘带高25.66m。塔身是由三根逆时针旋转的弯扭箱形柱和顺时针旋转的螺旋箱形梁正交组成的螺旋结构,飘带是由两根弯扭箱形梁和中间连系梁组成的弯扭结构。该结构体型复杂,依据风洞试验确定了结构的风荷载体型系数。对结构的关键构件和关键节点进行了设计,并采用有限元软件MIDAS Gen和ABAQUS对结构的变形、构件内力、应力、结构整体稳定性和节点极限承载力进行了详细分析。结果表明,结构具备较高的安全可靠度。