大跨度预应力双层组合扭网壳连续倒塌机理及其控制研究

大跨度预应力双层组合扭网壳结构造型优美,主要应用于体育馆等公共建筑,其连续倒塌始于主要压杆的失稳。本文研究了该结构的连续倒塌机理,分析了套管构件(一种失稳被动控制构件)对结构倒塌的控制作用。采用考虑初始条件的等效荷载卸载法,对结构进行了动力时程分析。结果表明:拆除1根预应力钢索,结构会发生连续倒塌破坏,预应力钢索是结构的关键构件;拆除支座附近2个、3个节点和其它位置的节点,结构不会发生连续倒塌;拆除支座附近4个节点时,结构会发生连续倒塌破坏。在最先出现塑性铰的位置及位移最大的位置布置套管构件,其对结构倒塌的控制作用较差;在受力最大位置布置套管构件,其对结构倒塌的控制作用较好;当布置2根套管构件时,可以有效控制结构的连续倒塌破坏。

上部面层材料对大跨度预应力双层组合扭网壳结构连续倒塌效应影响研究

为了研究上部面层采用不同材料对大跨度预应力双层组合扭网壳发生倒塌时的影响,建立了双层组合扭网壳的双重非线性模型,钢管本构采用极限承载力模型,研究了杆件失效时不同面层对结构连续倒塌响应的影响程度。以轻质材料及混凝土的厚度和强度作为参数,对比分析了结构的动力响应。分析结果表明:相比轻质材料面层,混凝土材料面层可以提高结构的抗连续倒塌能力并且能够显著减少结构坍塌的范围;当采用厚度120 mm且强度C35的混凝土时,结构整体效能最为明显。

大跨预应力钢网壳结构连续倒塌分析

对大跨预应力双层组合扭网壳进行静力特征值屈曲分析,找到响应大的区域,对这些区域以及受力较大的杆件运用变换路径法找到结构的敏感性杆件。拆除其中的高敏感性杆件,通过考虑初始条件的等效荷载卸载法,运用动力时程分析研究其倒塌性能,发现拆除高敏感性杆件对于结构的影响不大,不会引起结构的连续性倒塌,只会对结构局部造成轻微的损坏,所以结构的整体性较好。

钢空腹夹层预应力组合扭网壳静力性能分析

扭网壳由一条直线两端沿着其对应两条倾斜角不同的直线移动形成。为研究钢空腹夹层预应力组合扭网壳结构的静力性能,基于有限元分析软件建立实际模型和等代模型,分析网格尺寸、空腹夹层板高度对实际模型内力分布的影响,得到在网格尺寸一定时,空腹夹层板高度改变对上、下肋轴力和剪力键轴力、弯矩影响较大;空腹夹层板高度一定时,随着网格尺寸的增加,构件内力均有所增大。在此基础上又对比分析了预应力对两种模型竖向挠度的影响,结果表明施加预应力可以减小结构的竖向挠度,提高扭网壳结构的刚度。

满堂红支撑在预应力组合扭网壳施工中的影响分析

结合清远市体育馆屋盖工程实践,分析了满堂红支撑在预应力组合扭网壳施工中的受力状况以及预应力张拉过程中对结构的影响,提出设计时应进行施工全过程分析。

平面预应力弦支穹顶组合网壳结构施工关键技术

弦支拉索与水平拉索组合同上弦主拱钢桁架连接,形成一种新型的组合网壳结构体系。主要介绍了此类新型结构体系在广饶国际博览中心中的应用,分析了其工程难点与解决措施、网壳结构及拉索的总体施工方案、拉索施工监测方案等。重点介绍了撑杆与弦支拉索、撑杆与上弦主拱桁架、网壳支座处的连接节点设计。经监测,施工过程中,结构最大变形和钢结构等效应力均满足施工工艺要求。

超大跨度组合扭网壳结构的研制与特点

由于实际工程需要,为了扩大组合扭网壳结构的跨度应用范围,对该结构形式进行了改进,并通过SAP2000软件进行了计算分析和技术经济指标统计,总结了改进后仍存在的问题,为推广组合扭网壳结构的应用打下了良好的基础。

单层组合型双曲扭网壳静动力特性分析

作者对常见单层组合型扭网壳的结构性状进行了较为详细的研究。经过大量计算 ,研究了影响网壳结构静力和动力性状的多种因素 ,从而得出了组合型扭网壳不同于其它网壳的显著特点。

大跨度双层扭网壳结构的优化分析

在构造双层扭网壳结构优化的最小造价目标函数后,以网壳结构的矢跨比、网格尺寸、网厚度为设计变量,采用0.618法与穷举法,编制了优化设计程序LSD,通过优化计算,得出结构在轻屋面体系时,跨度在50～80m的最优网格尺寸和厚度,并将计算结果归纳为经验公式。

单层组合型双曲扭网壳静动力特性分析

作者对常见单层组合型扭网壳的结构性状进行了较为详细的研究，经过大量计算，研究了影响网壳鸨和动力性状的多种因素，从而得组合型扭网壳不同于其它网过贩显著特点，本文的结论可供扭网壳的研究和设计参考。

华南理工大学体育馆钢筋混凝土双曲抛物面组合扭壳设计

广州大学城华南理工大学体育馆屋盖采用预应力钢筋混凝土双曲抛物面组合扭壳,整个屋盖由四片扭壳组成,壳体总投影面积达到6 568m^2。主要介绍结构整体分析和设计要点,供以后同类结构设计参考。

双曲抛物面组合扭曲薄壳屋面综合施工技术

针对体育馆屋盖大跨度空间双曲抛物面组合扭壳的复杂形体,阐述了屋盖的空间定位、支撑架的搭设、钢筋的安放与绑扎、混凝土的浇筑、预应力筋的张拉及内架的拆除等施工过程。通过采用空间三维坐标控制技术、合理的支撑体系设计、对钢筋绑扎及预应力筋的精确定位、混凝土浇筑区域的合理划分及确定拆模顺序等施工技术,为实现设计意图、满足功能要求及保障施工期的安全奠定了良好的基础。

我国新型组合壳体结构的发展与应用

钢筋混凝土薄壳结构施工时需搭设拆除临时模板,而纯钢网壳使得工程造价偏高,所以能够克服这两方面不利因素的新型组合壳体结构迅速发展起来。近年来我国学者提出并研究了7类新型组合壳体结构,对这些壳体的结构特点、截面形式、受力性能以及研究中采用的方法等进行了论述。最后对组合壳体结构的发展方向提出了一些建议。

新型钢空腹夹层预应力双曲抛物面组合扭网壳设计

针对钢空腹夹层预应力双曲抛物面组合扭网壳结构,以湖南省拟建体育馆的钢空腹夹层预应力组合扭网壳屋盖为研究对象。基于通用有限元软件建立数值模型,考虑了竖向荷载、风荷载和地震作用。进行了整体结构的模态分析、局部稳定性分析、地震响应分析。着重分析了预应力组合扭网壳屋盖的内力与变形。研究结果表明:竖向荷载和地震作用对结构影响较大,风荷载可忽略;预应力对结构局部屈曲影响较大,钢索中的预应力过大会降低结构局部稳定性;对于不同矢跨比的扭网壳结构,竖向地震作用下动力稳定性临界荷载大于水平和组合地震作用下动力稳定性临界荷载。研究结论可为该新型结构应用于工程实际提供一定参考。

华南理工大学体育馆预应力钢筋混凝土双曲抛物面组合扭壳设计

广州大学城华南理工大学体育馆屋盖采用预应力钢筋混凝土双曲抛物面组合扭壳,壳体厚130 mm,屋盖的平面投影长轴99.8 m,短轴70.0 m,水平投影面积约6 568 m2。组合扭壳由四片扭壳组成,支承于周边边缘构件和两榀正交拱架上。两榀落地拱架跨度分别为149.33 m和108.95 m。分析表明:扭壳的控制荷载为竖向荷载,风荷载和地震作用影响较小,设计时可不予考虑;施加预压应力可达到控制壳体拉应力、确保结构耐久性的目的,但过大的预压力会降低壳体的局部稳定性;拱架落地点宜设置预应力拉杆平衡壳体支座的巨大水平推力、控制支座位移;采取合理的施工顺序和措施可减少壳体混凝土收缩的不利影响。

我国大跨度空间钢结构的发展与展望

本文阐述了我国大跨度空间钢结构应用与发展的基本情况。这些空间钢结构包括有大跨度大面积网架结构、大跨度大悬臂网壳结构、组合网架结构、组合网壳结构、预应力网架与网壳结构、斜拉网架与网壳结构、铝合金或不锈钢等材料的网架与网壳结构、特种网架与网壳结构等。最后 ,本文展望了二十一世纪的大跨度空间钢结构。

组合型扁扭网壳结构分析

组合型扁扭网壳主要用于大空间屋盖,这种网壳具有自重轻、刚度好、节约钢材等优点。目前,组合型扁扭网壳在国内的研究和应用还相对较少。采用连续化的数学模型,首先给出了网壳的内力与位移的关系,以及简要地介绍了拉格朗日乘子法。然后对组合型扁扭网壳的静力与动力特性采用能量变分原理进行分析,采用拉格朗日乘子对约束条件和位移函数进行了处理,得到了用于变分分析的无约束泛函。通过一个算例阐述了该方法的应用,供结构初步设计参考。

大跨空间结构新技术发展问题

本文综述网架结构、薄壳结构、网壳结构、悬索结构及充气结构等五类大跨空间结构在国内外应用和发展的一些基本情况。着重阐述大跨空间结构在结构跨度、覆盖面积、几何形体、组合空间结构、网架楼层、新型节点体系、施工技术和轻型屋面材料诸方面当前发展的新动向,并提出今后发展和开拓大跨空间结构需要研究解决的新技术和新课题。

CFRP-铝合金组合管Keiwitt网壳的弹塑性稳定性

采用有限元方法研究碳纤维增强复合材料(CFRP)-铝合金组合管构成的Keiwitt网壳结构的弹塑性稳定性能,并与纯铝合金网壳进行对比。先通过组合管轴心受压的试验结果校验了有限元模型;再对CFRP-铝合金组合管构成的网壳进行全过程分析,其中考虑几何和材料非线性,获得了极限承载力,并研究矢跨比、初始缺陷和非对称荷载分布等参数对网壳稳定性能和极限承载力的影响;最后比较了组合管网壳与纯铝合金网壳的经济性。结果表明,组合管网壳的材料费用虽较高,但其承载力高,对几何缺陷和非对称荷载敏感性小,适合于建造大跨结构。

弦支穹顶结构体系及其结构特性分析

弦支穹顶结构体系是在单层网壳和张拉整体的基础上发展起来的一种新型空间结构。概述了弦支穹顶结构产生的背景和结构原理 ,归纳了弦支穹顶结构体系的研究现状 ,分析了预应力和矢跨比的影响。同时介绍了弦支穹顶在国内外工程实践中的应用 。