深海采矿船船体结构三维直接设计分析

依托大型科研项目深海采矿船,从结构布置及构造、作业功能,载荷工况等方面与常规海船进行对比,确定采矿船船体结构设计适用的规范并采用三维直接设计分析技术对舯剖面特性进行复核、舯部月池和塔架等局部结构进行分析,总结深海采矿船的结构设计兼具常规海船和海工装置的特点;借助直接分析结果,通过采取针对性措施,提出安全性较高的方案,解决局部强度问题,确保结构设计的安全。

基于分析设计直接法的水下分离器结构总体塑性变形校核

借助欧盟压力容器标准EN13445-3分析设计直接法,研究水下分离器结构总体塑性变形,建立水下分离器数值模型,采用高压试验的方法对数值模型计算精度进行分析。结果表明:建立的水下分离器数值模型计算结果与试验结果平均误差不超过5%,具有较高的计算精度;水下分离器结构整体塑性能够通过校核,且具有一定的安全余量。

基于NIDA软件的钢结构直接分析设计法可视化教学

钢结构直接分析设计法是《钢结构设计标准》修订时所最新引入的内容,为保持教学内容的先进性及与现行设计标准有效衔接,理应将其纳入“钢结构设计原理”课程教学。在分析直接分析设计法教学重点及难点的基础上,探讨了应用有限元软件NIDA辅助进行直接分析设计法可视化讲解的方法。实践表明,将NIDA软件应用到钢结构直接分析设计法的可视化教学中,不仅可有效增强学生在课程教学中的参与感,激发学习兴趣,深化基本概念的理解,而且有利于面向实际结构,培养学生的工程意识,强化对理想模型与实际工程结构的差异性理解,从而有效提高课程教学质量。

径向波形单层网格阳光顶结构分析与设计

采用局部建模计算和整体建模计算相结合的方式,对径向波形单层网格阳光顶进行了结构分析。根据排水要求确定波谷积水荷载,根据玻璃幕墙要求确定钢网格大小。局部采用三角形网格,提高了结构承载力和刚度,减小了阳光顶的挠度。通过增加钢柱数量,减小钢柱直径,提高了结构抗震性能和稳定承载力。整体稳定分析考虑了材料非线性、几何非线性和初始几何缺陷,初始几何缺陷计及1~4阶屈曲模态的正负向。采用直接分析设计法解决钢柱长细比超限问题。通过局部模型和整体模型的对比,评估整体结构对阳光顶的影响。结构分析表明径向波形单层网格阳光顶在结构上是可行的。

某医疗钢结构隔震设计与性能分析

隔震技术通过设置隔震支座,可延长结构自振周期,降低结构所受的地震作用。针对某医疗钢结构建筑,分别采用基于减震系数的分部设计法、直接分析设计法进行隔震设计,通过同时考虑上部结构非线性与隔震支座非线性的动力时程分析,对不同地震水准下隔震结构的抗震性能进行分析评价,同时与抗震结构的抗震性能进行对比。结果表明:采用直接分析设计法设计的隔震结构抗震性能水平高于采用分部设计法设计的隔震结构的抗震性能水平;相比于抗震结构,隔震结构的剪力、上部结构层间位移及楼层加速度均较低,尤其是楼层加速度明显降低,能够保护内部设备不发生倾覆破坏。

直接分析设计法中的受压构件等效初始缺陷研究

在GB 50017—2017《钢结构设计标准》中,仅对考虑材料弹性阶段的直接分析设计法中的构件初始缺陷取值作出了规定,对考虑材料弹塑性发展的直接分析设计法中未给出构件初始缺陷取值的具体数值。为此,基于钢结构塑性稳定理论,利用轴心受压构件稳定系数反向推导其等效初始缺陷,包括初始几何缺陷和残余应力。根据不同的截面类型和钢材牌号,给出受压构件不同的等效初始缺陷,使直接分析设计方法能够真正地应用于实际工程中。利用直接分析设计软件NIDA,建立带有初始缺陷的弯曲单元,模拟受压构件的等效初始缺陷,得到构件的稳定承载力系数,并与轴压构件稳定系数φ进行对比分析,验证了构件等效初始缺陷取值的正确性。

钢框架-网格墙结构分析与设计

网格墙结构是将钢板墙网格化得到的一种新型抗侧力体系,具有抗震性能好、焊接工作量小、构件加工和运输方便、施工安装便捷等优势,符合当前大力发展装配式钢结构的政策要求。目前对网格墙结构的研究主要集中在力学性能方面,但其在实际工程设计中尚未得到应用。为探索其在实际工程中应用的可行性,以兰州新区保障性住房建设项目(二期)9号楼的钢框架-钢板剪力墙结构为背景,采用钢框架-网格墙结构进行了结构布置与设计,在YJK和MIDAS/Gen软件中建立了结构计算模型,并在相同技术参数和荷载条件下进行了整体结构分析、构件承载力验算以及关键节点设计与分析。在YJK和MIDAS/Gen中对钢框架-网格墙结构进行弹性分析,得到结构的整体指标,并与原钢框架-钢板剪力墙结构的整体指标进行对比,结果表明:钢框架-网格墙结构抗侧力构件沿平面、立面布置规则,两种软件所得各项指标比较接近且均满足JGJ 99-2015《高层民用建筑钢结构技术规程》和GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》的要求,虽然其抗侧刚度略低于钢框架-钢板剪力墙结构,但钢网格墙的用钢量和焊接工程量均低于相应的钢板剪力墙。对构件承载力进行验算时,由于钢网格墙T型钢构件计算长度算法尚不明确,无法采用一阶弹性分析法进行构件稳定性计算,因而采用直接分析法对构件进行了验算,考虑整体初始缺陷和构件初始缺陷,进行各荷载组合下的非线性分析,结果表明:所有钢构件的强度应力比均小于1.0,构件承载力满足GB 50017-2017《钢结构设计标准》要求。鱼尾板作为T型钢与边缘构件间的连接构件,对钢网格墙耗能性能的发挥至关重要,为确保连接的可靠性,对鱼尾板的力学性能进行深入分析,在有限元软件ABAQUS中建立该钢网格墙的3层局部子结构精细化有限元模型,施加荷载包络组合作用下的柱顶内力、梁上荷载以及各层柱顶侧向位移后进行分析,结果表明,在设计荷载下鱼尾板、T型钢构件、边缘构件均不出现屈服,继续侧向加载至鱼尾板出现屈服时,此时大部分T型钢构件、梁端以及底层柱脚受压侧早已经出现截面屈服,满足“强节点、弱构件”的设计要求。

基于单位荷载法的钢管混凝土组合异形柱计算长度系数研究与验证

为解决钢管混凝土组合异形柱在进行构件稳定验算时计算长度系数不明确的问题,利用有限元软件Midas/Gen,采用单位荷载法在钢管混凝土组合异形柱框架-支撑结构整体模型下进行特征值屈曲分析,并通过欧拉公式反算得到钢管混凝土组合异形柱的计算长度系数.研究了网格划分、楼板、短梁对单肢柱计算长度系数分析结果的影响,结果表明各层异形柱沿其高度方向划分为10段、连接板宜沿其宽度方向划分为2段,同时去掉模型中的楼板、短梁可提高结果的安全度和软件分析速度.在上述分析结果基础上,建立了考虑组合异形柱网格划分、去掉模型中的楼板、短梁的整体结构模型,分析了不同异形柱平面位置、所在楼层、梁截面尺寸和楼层总数等因素影响下的单肢柱计算长度系数,结果表明:单肢柱计算长度系数随着所在楼层的上升呈现增大趋势,8~20层单肢柱计算长度系数随梁截面的增大而减小,大部分楼层的单肢柱计算长度系数随楼层总数减少而增大.根据所得数据,基于安全性和计算简便的考虑,给出了各层钢管混凝土组合异形柱中单肢柱计算长度系数建议值.基于计算长度系数的建议取值,分析得到整体模型中各单肢柱的应力比,并与直接分析设计法得到的应力比进行了对比,结果表明两种方法得到的应力比相差不大,验证了本文提出的计算长度系数建议值的可行性.

隔震支座弯剪耦合及二阶效应的影响研究

按照《建筑隔震设计标准》(GB/T 51408—2021)规定,隔震层下部结构的承载力验算,应考虑上部结构传来的轴力、弯矩、水平剪力以及由隔震层水平变形产生的附加弯矩。从Timoshenko梁单元刚度矩阵出发,推导了考虑弯剪耦合的连接单元刚度矩阵及非线性内力算法;开发了考虑弯剪耦合及二阶效应的隔震支座单元,通过典型算例分析了弯剪耦合及二阶效应对支墩弯矩的影响。以实际隔震结构为例,分析了隔震支座弯剪耦合及二阶效应对隔震支座相连构件内力、配筋及结构整体指标的影响。结果表明,考虑隔震支座弯剪耦合及二阶效应对隔震支座上支墩、下支墩及与其相连梁的内力及配筋影响显著,但对隔震结构层间位移角、层间剪力及隔震支座耗能的影响较小。在进行隔震层设计时,建议采用考虑弯剪耦合及二阶效应的隔震支座单元进行隔震层的直接分析设计。

考虑整体和构件几何缺陷的隐式框架-支撑结构动力弹塑性二阶效应分析

通过对ETABS软件进行二次开发,给出《钢结构设计标准》(GB 50017-2017)直接分析设计法在ETABS软件中的实现方式。在此基础上,以山东某高层住宅项目采用的隐式框架-支撑结构体系为例,采用考虑结构整体初始几何缺陷和构件初始缺陷的动力弹塑性分析方法,分析该结构在大震作用下的动力响应和两种缺陷对结构抗震性能的影响。分析结果表明:罕遇地震作用下,有无考虑缺陷和二阶效应时得到的结构最大层间位移角均未超过1/50限值,支撑起到了第一道抗震防线的作用,框架柱保持弹性,满足"强框架,弱支撑"的设计要求。考虑缺陷和二阶效应会使结构最大层间位移角有所增加,根据结构二阶效应系数和延性系数可近似估算二阶效应对最大层间位移角的放大系数;对于高延性结构,在进行动力弹塑性分析时,应考虑缺陷和二阶效应对结构抗震性能的影响。

结构非线性分析的探索

依托复旦大学设备平台项目和某加油站项目两个结构案例,比较了传统一阶弹性分析与考虑了整体初始缺陷和构件初始缺陷的直接分析法对结构设计的影响。分析比较表明,针对二阶效应明显的结构,缺陷分析非常重要,推荐使用直接分析法进行分析设计,从结构整体及构件局部同时控制稳定性;直接分析设计法适用于各种结构类型,是一种适用范围更广、实用性更高的分析设计方法。计算结果也显示两个工程的结构均能同时满足建筑功能和结构安全需求。

溧水紫金(永阳)科技创业园会展中心幕墙结构设计

溧水紫金(永阳)科技创业园会展中心建筑总体外形呈复杂的空间球形曲面,采用轻型的大跨度空间单层网壳结构体系。设计过程中,分析了作用于结构的恒荷载、活荷载、风荷载、温度以及地震作用,并对各种工况进行组合,分析结构静力、动力特性,考察杆件承载力及结构稳定性。分析结果表明:经拓扑找形可实现杆件的最优化,高曲率空间双曲面为网壳结构提供了良好的整体稳定性;应用直接分析设计法对网壳进行稳定性分析时,考虑结构整体与构件初始几何缺陷,可准确地反映结构受力和稳定性情况。