索-拱结构稳定性研究方法的发展概况与研究方向

在梳理近几十年的研究方法及其受限缺点的基础上,提出构建索-拱结构随机分析平台,开展索-拱结构的整体稳定可靠性和局部-整体破坏风险的相关研究工作,明确结构可靠度与各不确定因素的定性关系。

索-拱结构面内稳定性研究

应用有限元方法对索拱结构的面内特征值屈曲及考虑几何非线性影响的非线性屈曲的平面内稳定问题进行了研究.程序中使用牛顿拉弗森法和弧长法对荷载位移平衡路线进行跟踪,研究了索对结构的极限荷载和平衡路径的影响.考虑了索与水平面夹角、索的根数及不同荷载作用方式、不同边界条件下索-拱结构稳定性能及变形性能的影响.结果表明:索可以非常有效地控制拱结构的失稳模态和破坏形式,提高其极限承载能力,影响破坏过程及后屈曲平衡路线,有效地克服了拱结构在半跨荷载作用下变形大、承载力低的缺点.

考虑双重非线性的索-拱结构力学性能

应用有限元方法对桥梁工程中的索-拱结构及普通拱结构的静力性能进行对比研究。其方法是:对比研究索-拱与普通拱结构自重作用下的内力分布情况;通过对比索拱与普通拱主要控制截面的影响线研究2种结构在活载作用下的不同力学性能;结合牛顿-拉弗森法和弧长法,分别对索-拱与普通拱结构在考虑几何非线性及同时考虑几何与材料双重非线性情形的极限承载能力进行数值分析。研究结果表明,索可以非常明显地提高和改善纯拱结构的静力学性能;索-拱结构的静力学性能比普通拱结构的优。

索—拱杂交结构动力反应分析

以中山大学风雨球场工程为实例,分析研究了索--拱杂交结构体系的自振特性以及结构的抗风、抗震性能。分析发现结构的自振频率呈密集型分布,结构的风荷载脉动响应十分显著,论述了索--拱杂交结构体系进行结构动力反应分析的重要性,通过分析得到了结构的风振响应系数,为结构设计提供了重要的参考资料。最后进行了结构时域内的地震反应分析,结构表现出良好的抗震性能。

一种新型预应力索-拱结构的弹性稳定性能研究

本文所介绍的索-拱结构,是在圆弧或椭圆形拱轴线上,按照拱在重力荷载作用下的弯矩变化图设置撑杆和拉索(或预应力拉索),以改善拱轴线上不均匀分布弯矩,达到提高纯拱结构刚度及稳定承载力的目的.利用弧长法对这种索-拱结构在全跨均布荷载和半跨均布荷载作用下的面内稳定性能进行了弹性大挠度跟踪分析,揭示了它的受力特性和破坏机理;同时文中还分析了矢跨比和撑杆高度的变化对索-拱结构受力性能的影响.

索-拱结构受跨中集中力作用时的稳定性分析

该文应用弹性稳定理论研究了纯拱结构和索 -拱杂交结构受跨中集中荷载作用时的稳定问题 ,分别得出了稳定方程 ,并通过具体算例分析和比较了索的预紧力、索拱连接点位置对跨中集中荷载极限值的影响。所得结果对于设计索

无铰索-拱复合结构设计与力学性能分析

无铰拱因构造简单、稳定性好而应用广泛,在裸拱上引入预应力形成的索-拱结构可进一步优化结构效能,但现有研究大多针对有铰拱,从而限制了无铰索-拱结构的推广应用。基于无铰拱在均布荷载作用下的弯矩分布规律,利用等效荷载法研究了无铰索-拱结构的预应力设计方法,并对比分析了无铰索-拱与无铰拱的力学性能;针对索-拱结构拱脚弯矩增大幅度较大的现象,提出了先铰支后固支与反向修正制造线形的施工方式;通过对比分析先铰支后固支无铰索-拱结构与对应裸拱结构的静力性能,厘清了预应力对无铰拱的内力优化规律,发现无铰索-拱结构的预应力主要优化了结构在恒载作用下的弯矩,且结构在半跨荷载作用下的稳定性远低于全跨荷载。

预应力索-拱结构优化设计

在强度、刚度、尺寸等约束条件下,以结构重量最轻为目标函数建立预应力索-拱结构优化设计的数学模型。对截面尺寸和索力这两种性质不同的设计变量,采用两级优化方法处理,对预应力的优化以结构在荷载(包括自重)和预应力共同作用下结构各构件的应力平方和最小为目标函数建立数学规划模型;对截面尺寸的优化采用浮动应力指数法。算例表明,该方法能有效地克服预应力和截面尺寸这两类变量在数值和性质上的不统一所造成的不易收敛问题,可以较快地收敛到满意结果,适用于预应力钢结构优化设计。

索-拱杂交结构线性稳定性初探

本文应用有限单元法对索-拱杂交结构平面内线性稳定性研究。利用Lanczos向量的直接叠加法对索-拱杂交结构的特征值分析研究,考虑不同荷载、不同索拱截面比值、不同边界条件下索-拱杂交结构的线性稳定性分析,从中获得对索-拱杂交结构设计有参考价值的结论。

索-拱结构平面外弹塑性稳定分析

应用有限元方法对索-拱结构及普通拱结构的稳定性能进行对比研究。其方法是:借助于通用有限元软件ANSYS对比研究索-拱与普通拱结构在各种荷载作用下的稳定性能。结合牛顿-拉弗森法和弧长法,分别对索-拱与普通拱结构在考虑几何非线性及同时考虑几何与材料双重非线性情形的极限承载能力进行数值分析。研究结果表明,索可以非常明显地提高和改善纯拱结构的稳定性能。

中山大学风雨球场索-拱杂交结构设计

采用索 -拱杂交结构体系设计了中山大学风雨球场 .阐述了该结构体系的结构特点 ,研究了结构的静、动力性能 ,介绍了结构中拉索预应力的确定原则以及结构节点的构造处理 .

大跨度钢屋盖索-拱结构体系施工技术研究

在大跨度、荷载重的屋盖体系内,应用预应力钢结构可改善结构性能,从而降低钢耗,通常广泛应用于房屋建筑结构领域,尤其是体育场馆、剧院、会展中心、航站楼、候机楼等大型公共建筑中,常常用于张弦桁架、索穹顶、索膜结构、玻璃幕墙等现代结构。文章主要分析了禄口机场钢屋盖的施工工艺,包括施工重难点分析、拱梁的现场拼装、临时支撑的设计及安装、拱梁托梁及次梁的安装和幕墙梁柱及拉索的安装,并对大跨度钢屋盖索-拱结构体系施工技术进行了研究,以供相关人员参考。

新型索-拱结构的平面内弹性稳定性能研究

所研究的索-拱结构,是在圆弧形拱轴线上,按照拱平面投影n等分处设置放射状索,以改善拱轴线上不均匀弯矩分布,达到提高纯拱结构稳定极限承载力的目的。利用牛顿-拉普森法和弧长法对这种索-拱结构在全跨均布荷载和全跨恒载+半跨活载作用下进行了完善和带缺陷结构的弹性大挠度跟踪分析,研究了索对两种荷载形式下结构的极限荷载和平衡路径的影响;提出的索-拱结构能显著地提高拱的极限承载能力并能有效地防止结构二次分岔失稳的发生,计算结果对索-拱的设计有参考价值。

大跨拱桥施工阶段索-拱组合结构的自振特性分析

缆索吊装法是大跨拱桥施工的一种重要施工方法,施工阶段由支撑扣索与拱节段形成的临时索-拱组合结构在复杂环境下的动力问题值得关注。该文以贵州大小井大桥节段吊装过程为工程依托,分析归纳索-拱结构模态以及对应频率的分布特征。分析了拉索抗拉刚度、主拱抗弯刚度和边界条件对结构模态分布的影响。结果表明:索-拱结构同时存在索的局部振动模态和结构的整体振动模态;随着吊装节段的增加,结构将更容易出现整体振动;主拱抗弯刚度和边界条件对结构整体振动模态分布具有重要影响,拉索抗拉刚度对结构整体振动模态没有影响。

新郑国际机场预应力索-拱施工技术

结合郑州新郑国际机场航站楼工程钢结构拉索的施工,介绍了拉索的施工特点、施工工艺及索力控制方法等。

双跨中承式拱梁组合桥主梁剪力分配研究

对于结构体系较为复杂的桥梁结构,研究其截面的剪力分布能有效指导其结构的横向设计。以海南省万宁旅游公路上的关键节点太阳河桥为例,引出了双跨中承式拱梁组合桥的结构体系,并对其主梁部分的剪力分配进行研究。采用了大型有限元分析软件对主梁节段采用实体单元进行模拟,得出了在不同边界条件下截面各部分所承担的竖向剪力大小与比例,为主梁的横向设计与计算提供了依据。在工程设计中特别是对于结构体系复杂的桥梁,应重视斜腹板角度较大的箱型截面剪力分配结果,其对桥梁准确设计有着重要的意义。

斜拉拱桥的构造特点及静力分析

该文比较了斜拉拱桥与斜拉桥、拱桥的异同,分析了斜拉拱桥的构造特点,并以80 m和320 m跨径的两座斜拉拱桥为例,探讨了斜拉索倾角变化对斜拉拱桥静力性能的影响,得出了主拱内力以及稳定系数在斜拉索倾角改变时的分布规律。由此可以找到一个最佳的斜拉索倾角值使主拱弯矩分布均匀、峰值最小;索与拱共同承担荷载,轴力分布合理;桥梁结构具有良好的稳定性。

广州增城大球场东罩棚钢结构设计

广州增城大球场建筑方案新颖、独特,结构设计利用建筑上人字拱的造型,采用拱-索-网壳结构体系,与建筑方案交相辉映。通过对结构体系进行简要介绍,采用MIDAS和ANSYS软件对球场东罩棚钢结构进行各工况下的设计计算和对比分析,并对部分关键节点进行精细化设计,使其能够较好地满足承载力及使用功能的要求。分析结果表明:拱-索-网壳结构体系可以有效地提高扁平网壳的整体稳定性,控制风吸作用下的变形和减小风吸作用下对柱顶的巨大拉力。

预应力索—拱结构平面内极限承载力研究

本文运用梁单元和索单元组成的混合有限元法对预应力索—拱结构平面内弹塑性极限承载力进行研究。利用牛顿—拉弗森法和弧长法对荷载—位移平衡路径进行跟踪研究,研究了索的预应力对结构极限承载力的影响,通过对这种新型结构的分析和研究,从中获得了对预应力索—拱结构设计有益的结论。

鄂尔多斯东胜体育场看台结构设计

鄂尔多斯东胜体育场是一座带有可开闭屋顶的大型体育建筑,结构体系新颖独特。体育场由巨拱+钢拉索、固定屋盖、活动屋盖、碗状看台结构以及裙房组成。看台由斜柱、楼层梁与看台梁形成的径向刚架作为径向抗侧力体系,由环向楼面梁连接各榀径向刚架形成环向框架。为了避免对开合屋盖产生的不利影响,体育场看台混凝土结构不设缝,采取了后浇带超长延迟封闭等综合措施,减小混凝土温度收缩应力的影响。巨拱高129m、跨度330m,与地面垂线倾斜6.1°,通过23组钢索将屋盖大部分重力荷载传给巨拱,水平荷载则由下部看台混凝土结构承担。体育场中部活动屋盖最大可开启面积为10 076.2m2,可以很好地满足全天候的使用需求。对活动屋盖考虑了处于完全打开或完全闭合状态时,屋盖结构能够承受各种最不利的荷载与作用进行混凝土看台结构设计。当活动屋盖处于运动状态时,荷载取值根据具体情况适当减小,这样既保证了整体结构的安全,又节省了造价。