天津中医药大学体育馆不连续支承弦支穹顶结构抗火分析

以天津中医药大学体育馆为背景,对大跨度不连续支承弦支穹顶结构进行抗火性能分析。利用高大空间火灾升温公式对结构进行火灾温度场模拟。采用ANSYS软件对不连续支承弦支穹顶结构进行火灾响应分析,得到火灾下该结构变形规律、节点位移及构件预应力损失规律;改变火源位置和火源释热功率,探究火源参数变化对结构抗火性能的影响。结果表明:中心火源工况下,不连续支承弦支穹顶结构变形呈“部分微上凸,局部桁架处下陷明显”;该结构对偏心火灾敏感,偏心火灾下结构最大正、负向位移及环索预应力损失较中心火灾显著增大,且第1、2圈部分环索预应力降为0;局部桁架处压杆及第1、2圈环索为抗火设计重点。火源释热功率越大对不连续支承弦支穹顶结构抗火越不利,但火源释热功率改变对结构火灾响应的影响较小。

大跨度弦支穹顶结构多维多点随机地震响应分析

采用虚拟激励法,以一大跨度弦支穹顶结构—济南奥体中心体育馆为研究对象,考虑结构静力初始状态的影响,分析大跨度弦支穹顶结构多点激励随机地震响应。研究结果表明:大跨度弦支穹顶结构受行波效应与部分相干效应影响显著,考虑地震动空间变化效应使径向杆、环向杆、环索及竖向撑杆控制构件内力增幅约分别达到了50%、39%、27%及150%;其中结构不同类型、不同位置构件提升程度不同,需对具体响应具体分析;考虑地震动多维输入相比单维输入增大达到30%;行波效应与部分相干效应对结构轴力响应的影响程度存在差异;单独考虑行波效应和部分相干效应不能得到结构的最不利响应。由此得出结论:为确保大跨度弦支穹顶结构的安全,必须根据场地条件选取多种可能的地震波视波速,同时考虑部分相干效应的影响进行多维多点随机地震响应分析。

大连体育馆弦支穹顶结构张拉成形及静载试验研究

大连体育馆屋盖采用了弦支穹顶结构,为探索不同张拉方案的优劣及可行性,校核结构数值分析时数值模型和计算结果的准确性,研究结构在施工、设计荷载下的受力特性,对大连体育馆缩尺模型结构进行张拉成形和静力加载试验,结合有限元软件ANSYS对试验进行全过程模拟。结果表明:撑杆的内力和节点位移的试验值与理论值吻合较好,以撑杆内力为张拉控制目标,达到了张拉要求;撑杆顶升成形方法在试验中需进行反复调试,可控性较差,且需要对索进行精确下料,难度高;斜索张拉法可控张拉点较多,且斜索索力相对较小,索力可控性好,成形精度更高,故在施工中建议采用斜索张拉方案;在静力加载试验中,弦支穹顶上部网壳节点的位移、撑杆轴力和杆件应变与荷载基本满足线性关系,表明结构整体竖向刚度在设计荷载范围内未出现弱化,网壳杆件整体应力水平在设计范围内,结构满足设计要求。

弦支穹顶结构预应力及动力性能理论与实验研究

以跨度 3 5 4m ,矢高 4 6m的天津保税区商务中心弦支穹顶屋盖为例 ,进行了预应力的设定分析。采用ANSYS程序进行了结构的模态分析和地震响应分析 ,得到了弦支穹顶结构体系的动力性能结果 ,并将弦支穹顶的动力性能与相应的单层网壳做了分析比较。对两种激励作用下的弦支穹顶实物进行了频率动力性能的实验研究 。

弦支穹顶结构动力稳定性分析方法

系统阐述了弦支穹顶结构动力稳定性分析方法,论证了基于严格数学定义的Lyapunov运动稳定性理论和方法不能对地震作用下的非线性、多自由度系统的稳定性提供有效判别准则.提出了基于B-R运动准则的改进判别方法,以此为基础结合结构的时程响应曲线判定弦支穹顶结构的动力稳定性,分别研究了水平、竖向和三向地震作用对不同矢跨比弦支穹顶结构动力稳定性、稳定形态及拉索形态的影响.研究表明,不同地震作用下结构的失稳形态不同,矢跨比对结构动力稳定性能的影响不同;矢跨比不同,对结构稳定性起控制作用的地震作用分量不同;地震加速度接近临界值时,一些拉索开始逐步退出工作状态,但在振动过程中可能重新产生张拉力.

弦支穹顶结构预应力设计及其抗震性能研究

给出了弦支穹顶结构的一种基于平衡矩阵理论和最优化理论的预应力确定方法。通过对不同预应力水平以及不同上部单层网壳截面弦支穹顶的模态分析讨论了该结构体系的动力特性;并研究了弦支穹顶在地震作用下的基本特性,对比分析了相应单层网壳和弦支穹顶的动力响应。分析结果表明:弦支穹顶结构的自振频率随着预应力水平的提高而增大;但随着上部单层网壳刚度的增大,预应力的大小对其自振频率的影响逐渐减小;弦支穹顶的下部张力集成体系(索杆体系)降低了上部单层网壳大部分单元在地震作用下的最大应力,尤其是外层单元的应力。

正六边形平面弦支穹顶结构施工技术

安徽大学体育馆屋盖为弦支穹顶结构,环向拉索和径向拉杆采用预应力技术。通过张拉径向钢拉杆的方法施加预应力。根据径向拉杆的张拉力值选用不同的千斤顶进行张拉,保证了张拉精度,减少了施工操作的难度。采用有限元分析软件ANSYS对整个施工过程进行了仿真分析,同时对整个张拉过程中的结构应力和变形进行了监测控制,以保证施工安全。

基于混合智能优化算法的弦支穹顶结构预应力优化

模拟植物生长算法(PGSA)是以植物向光性机理(形态素浓度理论)为启发准则的智能优化新算法,具有高效的搜索能力.本研究对PGSA的基本原理进行分析,指出了不同初始生长点的选取会影响该优化算法能否收敛于全局最优解.由此,为提高模拟植物生长算法的全局搜索能力,引入粒子群算法(PSO),提出了新的混合策略(PGSA-PSO混合智能优化算法):先基于粒子群算法的高鲁棒性初选优秀的初始生长点,再基于模拟植物生长算法的高效搜索能力得到最终的全局最优解.算例表明,该混合策略可有效提高模拟植物生长算法的全局搜索能力.最后,利用该混合策略对典型的弦支穹顶结构预应力优化问题进行分析.结果表明,此混合智能优化算法的优化效果显著,在结构优化问题中具有较好的可行性和有效性.

不同地震动输入下弦支穹顶结构的动力稳定性

本文采用基于B-R运动准则改进的动力稳定判别方法,结合结构的时程响应曲线,采用有限元软件ANSYS分别研究了El-Centro波、Taft波和天津波作用下不同矢跨比弦支穹顶结构的动力稳定性能和稳定形态,并作了比较。研究表明3种地震作用下,结构失稳形态均是非对称的;无论何种地震波下,结构的矢跨比越大,结构的稳定性越强;对于同一种矢跨比结构,El-Centro波作用下的结构动力稳定临界值最大,结构动力稳定性最好;天津波作用下的结构动力稳定临界值最小,结构动力稳定性最差。由此可见,不同的地震波作用下结构的动力稳定临界荷载值不同,仅通过一条地震波来研究结构的动力稳定性能是片面的。

基于指数应变能密度的弦支穹顶结构失效准则研究

针对弦支穹顶结构缺少失效判断准则问题,基于结构整体指数应变能密度对弦支穹顶结构在地震作用下的受力状态进行了分析,提出了弦支穹顶结构的失效判定准则。给出了弦支穹顶结构的指数应变能密度和值(Id)的计算公式,并定性地推导了Id随加速度幅值(A)增加能够发生突变的机理,从而奠定了判断结构失效的理论基础。应用ANSYS有限元通用程序对9个不同构造的弦支穹顶结构分别在三向简谐波和TAFT地震波作用下的特征响应进行了全荷载域动力时程分析,并实时提取出各级动荷载幅值下结构全部单元的应变能密度。构建了弦支穹顶结构的Id-A关系模型,并通过分析结构的不同受力状态证实了Id-A曲线上拐点的存在。提出了基于指数应变能密度的弦支穹顶结构的失效荷载判定准则。基于分析所选弦支穹结构动力失效时刻的最大节点位移等动力响应特征,证明了所提出的失效准则的合理性。所提出的弦支穹顶结构失效判断准则及其分析方法,将对完善空间网格结构的设计理论及工程实践具有重要的参考价值。

考虑施工进程的弦支穹顶结构临时支撑体系

针对弦支穹顶结构临时支撑体系的布置位置、布置方式及其刚度等施工参数对施工过程中结构性能的影响,提出了临时支撑系统的评价指标以及具有实际参考价值的施工参数取值范围.采用有限元软件ANSYS,分析关键参数对施工中准结构受力性能的影响,从而得出其取值范围.分析结果表明,临时支撑的布置位置、布置方式及其刚度等参数对施工过程中弦支穹顶结构性能的影响较大,提出的临时支撑施工参数可为结构方案设计和施工调整提供较为科学的依据.

临时支撑卸载冲击对施工中弦支穹顶结构性能的影响研究

临时支撑卸载安全性是弦支穹顶结构等半刚性结构施工的关键因素之一。基于此背景,针对标准弦支穹顶结构提出了卸载冲击荷载下结构的失效判别准则,采用该判别准则,结合ANSYS有限元软件针对临时支撑不同卸载速率对结构动力稳定性能的影响进行分析,研究发现采用直接卸载时,存在一定安全风险,且临时支撑卸载不当可能引起结构失效;提出了不利速率条件下结构失效模式及相应的预警参数;对某大跨度弦支穹顶结构的卸载失效模式和机理进行了研究,验证了所提方法是可行、有效的。

联方凯威特型弦支穹顶结构预应力设定的探讨

在对比各种确定预应力方法的基础上,引入刚性索法。利用刚性索法对选定的模型进行预应力的设定,对比设定前后结构的力学性能的变化,并与单层网壳对比。研究结果证明了本文采用刚性索法设定预应力的有效性,同时也表明刚性索法能更好的贴合预应力的设定原则、达到预应力的设定目标。

火灾下大跨度弦支穹顶结构的性能分析

基于实用大空间火灾空气升温经验公式及预应力钢结构材料高温力学模型,采用考虑时间积分效应的非线性有限元数值分析法,建立了用于大跨度弦支穹顶结构抗火性能分析的数值模型。通过对大跨度弦支穹顶结构的抗火分析,研究结构的温度场分布、位移和应力特征以及支座约束条件对结构抗火的影响。分析结果表明:在火灾作用下,大跨度弦支穹顶结构具有较好的抗火性能,结构的抗火薄弱区域位于上层网壳的中心区域;火灾下引起弦支穹顶结构产生较大变形的主要原因是环向约束作用、材料升温膨胀以及结构刚度的降低。

大跨度弦支穹顶结构风速时程模拟研究

随着大跨度空间结构的发展,风荷载对其结构的影响越来越不容被忽视。目前,国内针对这方面的研究才刚刚起步,对弦支穹顶结构的研究更是甚少。在结构的风振响应分析中,基于数值模拟方法得到的风速时程曲线被越来越多的运用。利用线性滤波器中的自回归AR模型,通过VC与Matlab的混合编程以及自行编制的Romberg积分程序,对大跨度弦支穹顶结构进行了高效快速的风速模拟,并以奥运羽毛球馆为例证明了其正确性。为后面对弦支穹顶结构的风振响应分析奠定了基础。

考虑初始几何缺陷的弦支穹顶结构预应力张拉失效模式及预警研究

基于特征值屈曲分析理论,结合结构失效准则,针对弦支穹顶结构预应力张拉施工过程中的结构稳定承载力,提出基于有限单元法的特征值迭代法;采用该方法研究具有初始几何缺陷的弦支穹顶结构施工过程的失效模式,提出预应力张拉的失效判别方法及预警参数。计算发现:弦支穹顶结构预应力超张拉失效模式为网壳节点局部跳跃失稳引起整体结构失效,预警参数的下限为结构预应力超张拉下结构的屈曲临界荷载值。所提弦支穹顶结构失效模式和失效预警参数可为实际弦支穹顶结构预应力张拉施工的失效提供科学的预警、预防依据,保障施工安全。

弦支穹顶结构的多点地震动输入分析

为研究弦支穹顶结构在多点地震动激励下的响应情况,采用大质量法通过ANSYS有限元软件对40、80和120m跨度的弦支穹顶结构进行时程分析,列出结构在不同视波速行波激励下的地震响应,并与一致激励下的地震响应进行了对比分析。结果表明,考虑地震动行波效应后,结构杆件应力随视波速的增大而减小,越来越接近一致激励下的杆件应力;且对弦支穹顶结构不同位置的杆件的应力值影响有所不同。结果表明,对于大跨度弦支穹顶结构,在计算随机地震响应分析时,必须考虑行波效应的影响;而且应对可能出现的地面视波速进行全面分析。

椭圆形弦支穹顶结构张拉成型阶段的应力监测研究

弦支穹顶结构是一种新型杂交结构,它很好地结合了索穹顶结构和单层网壳结构的优势,具有刚柔并济的结构特点,近些年得到越来越多的关注。以厚街体育馆钢屋盖施工张拉为研究背景,开展屋盖结构张拉成型过程的施工模拟计算,总结椭圆形弦支穹顶结构在张拉成型过程中的应力变化特点,制定合理的监测方案,通过将各监测点的实测值与模拟计算值进行对比,验证模拟计算的正确性和施工张拉方案的合理性,并为张拉施工提供指导。

中部节点刚接型弦支穹顶结构分析

中部节点刚接型弦支穹顶结构,通过将单层网壳中心区域没有竖向撑杆支撑的网壳节点改为刚接来加强中心区域,从而提高弦支穹顶结构的稳定承载力,本文对设计模型进行分析,论证结论的正确性。

清丰县文体中心体育馆弦支穹顶结构屋盖施工技术

清丰县文体中心体育馆项目采用弦支穹顶+周边格构支撑柱结构形式,其中弦支穹顶与格构支撑柱间采用刚接。为保证弦支穹顶结构可达到施工精度要求,经过仿真模拟计算,设计预应力张拉方案、临时支撑系统、格构柱下部支撑临时限位措施、应力监测方案等,准确控制结构变形和内力,使整体结构顺利安装就位。