大跨度索穹顶结构半主动振动控制分析

为了实现大跨空间结构半主动振动控制,提出了一种基于模糊控制算法的半主动振动控制方法.以某体育馆大跨度索穹顶屋盖为分析对象,建立了基于台站与地震信息的地震动记录选择集,采用研发的新型压电摩擦阻尼器,开展索穹顶结构被动控制研究.将地面加速度和结构变形量2个指标作为控制参数,进行索穹顶结构半主动振动控制分析.结果表明:被动控制时不同地震动强度下结构峰值加速度、最大相对变形量的最小减振率平均值仅分别为3.7%和-1.6%;半主动控制下的压电摩擦阻尼器能够适应不同强度地震动,有效降低结构的峰值加速度和峰值位移,且峰值加速度减振率平均值为20.0%~41.9%,最大相对变形量减振率平均值为12.0%~19.0%.

Geiger型索穹顶冲击动力响应与失效机理研究

针对当前索穹顶结构缺乏冲击荷载作用下结构动力响应和失效机理的研究现状,该文基于ANSYS/LS-DYNA分析软件,提出了Geiger型索穹顶结构冲击动力分析模型,详细分析了冲击作用下结构的节点位移和杆件内力响应,并进一步结合美国规范UFC4-023-03的倒塌准则,对结构的失效模式进行评价,提出了三种失效模式,即结构轻微损伤、结构局部损伤和结构整体失效。随后,基于冲击破坏杆件数和杆件内力损伤程度,提出了结构整体损伤指数的概念,通过参数分析,探索了索穹顶结构在不同冲击物参数下整体损伤指数的变化特点及不同设计参数下的抗冲击性能。研究发现了整体损伤指数与三种失效模式之间的关系:当失效模式为结构轻微损伤时,其整体损伤指数小于0.3;当失效模式为结构局部损伤时,其整体损伤指数位于0.3~0.8之间;当失效模式为结构整体失效时,其整体损伤指数大于0.8。基于此提出了失效模式控制方程。冲击荷载越靠近结构中心,结构发生整体失效概率越大,反之则局部损伤和轻微损伤概率越大。提高初始预应力水平和杆件截面面积能有效提高结构的抗冲击性能。

交替提升与张拉的索穹顶结构施工优化方法

为确保索穹顶结构施工成型前索杆内力的平稳变化,提出了交替提升内拉环与张拉最外圈斜索的施工优化方法.首先,以施工过程中的平均结构应变能最小为优化目标,对内拉环的逐级提升高度进行优化;其次,通过仿真分析得到施工过程中的索杆内力和节点位移,并与仅张拉最外圈斜索的施工方法进行对比.结果表明:交替提升内拉环与张拉最外圈斜索的施工优化方法可有效减小施工过程中的索杆内力,降幅最大达61.83%,避免了施工成型前索杆内力的大幅波动,且结构位形变化较平缓,相邻施工步的竖向位移差最大为1.43 m,平均结构应变能较低,仅为55.03%,优化效果显著,验证了该优化方法对索穹顶结构施工模拟的适用性.

冲击荷载作用下Levy型索穹顶结构动力响应分析

建立Levy型索穹顶结构有限元分析模型,给出有限元结果合理性的判定准则,提出冲击失效准则。进行大量冲击工况下的动力响应全过程分析,给出杆件破坏分布规律和失效模式,揭示结构在竖向冲击荷载作用下的失效机理。依据冲击失效机理及参数分析,提出抗冲击措施。研究结果表明:所有冲击工况均符合冲击判定准则,在所选竖向冲击荷载范围内,Levy型索穹顶结构的失效模式可分为4种,即结构轻度损伤、结构局部1级失效、结构局部2级失效和结构整体破坏。随着冲击动能的增加,结构的动力响应模式逐渐呈模式1→模式2→模式3→模式4的发展趋势。通过分析可知,结构的动力响应模式由结构的能量吸收值及构件两端速度差决定。

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。

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。

兰州奥体综合馆弦支穹顶结构模型预应力张拉试验研究及模拟分析

为了研究弦支穹顶结构预应力的分布特性,基于兰州奥体综合馆弦支穹顶屋盖按照1∶20制作了缩尺模型,对该模型分3级进行预应力施工张拉试验,测试了2种不同张拉顺序下模型的杆件内力及节点竖向位移变化规律,并将试验结果和MIDAS Gen数值模拟结果进行了对比分析。研究表明:对于肋环型小矢跨比弦支穹顶结构,在张拉时环索相互影响较大,张拉初期环索内力变化更明显;张拉过程中预应力的施加对环杆的影响大于对径杆的影响,最外圈环杆在张拉过程中承力占比最大,节点竖向位移在第4圈达到最大;不同张拉顺序会改变外圈杆件内力及节点位移变化趋势,从外到内分级循环张拉下部索对结构更有利。

大型混凝土储液罐考虑穹顶效应的动力响应研究

简化力学模型是大型储罐抗震设计的重要依据。在以往的研究中,对于大型储罐的简化模型多不考虑穹顶对结构体系动力响应的影响。该文推导了考虑穹顶作用的简化模型,对某30万方的混凝土储罐进行了数值计算,并与Housner模型进行对比,给出了动水压力的截断位置;使用振型分解法对高阶振型进行解耦,验证了高阶振型对储罐结构动力响应的影响;对比了考虑穹顶作用的简化力学模型与忽略穹顶作用的简化力学模型的储罐结构动力响应。研究表明:动水压力至少在第三项截断,形函数采用第二阶悬臂梁振型,并至少叠加一阶振型时,可保证结构的计算精度,忽略穹顶的作用会高估结构的基底剪力和倾覆力矩。

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。

仰观:从穹顶画到藻井画——以异域、西域和敦煌石窟为文明比较

针对敦煌石窟藻井画与异域、西域的穹顶画的不同,从西方券顶和穹顶画入手,分析双方的不同,探讨了表现神祇和人物的穹顶画为什么在敦煌几乎没有出现,认为敦煌藻井画的出现或与印度石窟平棋、阿富汗石窟三角天井构造有一定联系,但巴米扬、龟兹和吐鲁番石窟都有穹顶画,到了敦煌就停滞了空间创作与传播。敦煌藻井画由北朝隋初唐的艺术动感,发展为中唐的静态设计,晚唐五代繁复极致却僵硬成为程式化装饰,显然与异域穹顶人物画的写实本真相差甚远,并制约了后世藻井画的整体创新,失去了外来文化激活开新,影响到吸纳新艺术潮流的演变推进。

从“编木拱”到“编木穹”:东西方互承原理差异与新构型拓展

基于东西方文明背景下互承框架的多样表现形式,从结构构成与受力出发探究互承体系的基本特征和原理要素,进而从其原理的倾向性差异中梳理出东方加固式和西方平衡式两种互承形式,并探讨了二者的原理差异、形态差异、构型差异与适用范围,主要结论有东方以结构单元之间的互承实现加固和稳定性,其曲面曲率适应性较强;西方则以在结构单元之间以及单元内部同时构建互承且均保持力学平衡实现了跨度的拓展。由此,针对东方传统桥梁互承体系仅可适应单向曲面以及西方平衡式互承难以拟合大曲率曲面的发展瓶颈,以达·芬奇编织桥为原理基底,设计并建造了一种可适应自由曲面的新构型,且从建造视角论证了其跨度可行性与受力可行性,这一实验性构想为当代互承框架设计的未来发展提供新的方向及相应理论基础。

应用Ilizarov技术在旋转中心穹顶状截骨治疗青少年股骨远端外翻畸形

目的:探讨应用Ilizarov技术在旋转中心穹顶状截骨治疗青少年股骨远端外翻畸形的疗效。方法:采用回顾性研究分析2016年1月至2020年10月收治并获得完整随访的11例股骨远端外翻畸形患者的临床资料,其中男7例,女4例;右侧6例,左侧5例;年龄10~14岁。在股骨远端畸形处找出成角旋转中心(center of roration of angulation,CORA),以CORA为中点,行穹顶状截骨,根据Ilizarov外固定穿针原则安装环形外固定架,截断股骨远端,即时矫正股骨远端目测下外翻畸形,外固定架固定维持。术后根据双下肢负重全长正侧位X线片提示的下肢力线及长度结果,矫正残余畸形及短缩。结果:11例均得到随访,时间13~25个月,带架时间12~17周。末次随访拍摄双下肢负重全长正侧位X线片测量11例双下肢长度均等长,畸形均矫正。采用美国特种外科医院(Hospital Special Surgery,HSS)评分评价膝关节功能,均为优。结论:应用Ilizarov技术在旋转中心穹顶状截骨治疗青少年股骨远端外翻畸形,术中即时矫正目测下股骨外翻畸形,术后根据双下肢负重正侧位片提示的下肢力线及短缩程度,动态调整矫正残余畸形及短缩,损伤小,恢复快。

大跨索穹顶屋盖结构风洞试验及敏感风速研究

大跨索穹顶屋盖结构频率密集,其风振动力响应复杂,不同风速下脉动风响应对大跨索屋盖结构的风敏感性影响一直是当前风工程研究的热议难题。针对大跨索穹顶屋盖结构,设计制作了缩尺比为1∶250的试验模型,在B类地貌下开展了36组风洞测压试验,研究了全风向角下大跨索穹顶屋盖结构的风压峰值分布规律和典型不利风向角,最后基于风洞试验数据,探究了索穹顶屋盖在不同风速等级下的风振敏感性。结果表明:索穹顶屋盖主要以承载负风压为主;屋面以承载Z向负风振位移响应为主,呈现中心区域向周边下降的变化规律;屋面Z向风振位移响应随风速增大而递增,平均风响应随风速增大呈线性递增;部分风速等级下索穹顶屋盖的脉动风位移响应和总极值位移响应敏感,且风振系数较大;结构屋面响应最大点处风压系数时程傅里叶变换幅值在结构前10阶部分频段为峰值,表明索穹顶屋盖结构存在敏感风速范围,其脉动风响应显著,且与结构模态自振特性密切相关,抗风设计时应找出敏感风速范围,并对响应显著区域加强抗风设计。

索穹顶比值逆迭代法形态分析

索穹顶结构的几何形状与预应力分布密切相关,在结构几何形状不变的情况下,各拉索、撑杆之间的预应力比例关系是唯一的。基于此,提出了一种新的形态分析方法——比值逆迭代法,它可以同时得到结构初始态下索杆内力分布以及平衡初始态几何,并能在迭代过程中改变结构几何使得索杆内力分布更加均匀。首先,对Gieger型索穹顶进行了形态分析,以验证比值逆迭代法的正确性,结果表明:比值逆迭代法求解效率高,得到的索杆内力分布合理,平衡初始态几何与设计初始态几何的位形偏差小。其次,在算例验证的基础上,通过在比值逆迭代法迭代过程中,根据节点位移调节撑杆下部节点的坐标,改变原算例模型的结构几何,使改进模型的内力分布更加均匀。结果表明:与原模型相比,改进模型的索杆内力分布更加均匀,且得到的平衡初始态几何满足精度要求。该算法适用于索穹顶结构的形态分析,并对结构的索杆内力分布进行了优化,为索穹顶结构的分析与设计提供了新的思路。

Levy型索穹顶结构静力性能分析

索穹顶结构在实际工程中难免存在构件尺寸误差和结构施工偏差等不确定因素,致使结构的真实初始预应力与找形计算得到的理论值存在一定误差,因此,在建立Levy型索穹顶结构算例模型的基础上,对整个模型施加满布荷载,通过改变模型各类索杆,即脊索、斜索、环索和撑杆的初始预应力,计算并比较索穹顶模型的各类索杆内力,以研究初始预应力变化对结构内力的影响。

设螺旋通道保留岩柱支撑进行大型竖井穹顶开挖研究

竖井是工程建设常用的一种结构形式,暗埋式竖井常规开挖方式需设置施工通道至穹顶再自上而下施工,但每个工程项目规划及条件各不相同,部分工程受条件限制无法设置竖井穹顶施工通道,而自下而上的反向开挖工艺也因安全风险难以控制目前已基本不再使用。研究利用立体空间形成螺旋上升通道并保留中心岩柱支撑的大断面竖井穹顶开挖技术,可规避施工条件限制,解决施工难题,并有效降低施工安全风险。

温度对敞开式钢结构穹顶静力性能的影响

文中针对某高校教学楼敞开式钢结构玻璃穹顶以杆件温度为变化参数,进行静力性能的有限元分析,为施工后的安全提供理论依据。利用有限元软件AnsysWorkbench对穹顶结构进行建模,在雪荷载、积灰荷载、玻璃幕墙荷载以及风荷载的共同作用下,分析均匀温度分布与不均匀温度分布条件下结构的最大变形、应力、弯矩,并对关键的杆件及节点进行了变形、应力和弯矩监控。有限元结果表明,在低温条件下杆件由于收缩产生较大拉应力与弯曲应力,在温度为15℃时,杆件由温度引起的变形、应力以及变形最小。在不均匀温度下杆件的最大拉应力、压应力、弯曲应力及组合应力随温度上升呈线性增加,在上部结构温度为45℃时,顶部压力环弯矩最小。

铝制穹顶储罐火灾事故分析及防控研究

为避免铝制穹顶储罐火灾事故发生,通过对典型事故案例的事故原因进行分析,从提升安全防护技术、加强安全管理、提高应急管理水平3个方面,提出了对大型外浮顶储罐事故防控的措施,对保障大型油气储存基地安全风险防控具有指导意义。

弦支穹顶结构阻尼器替换撑杆振动控制研究

针对弦支穹顶结构在地震作用下的动力响应问题,提出采用黏弹性阻尼器替换弦支穹顶结构撑杆的振动控制方法,基于结构力学原理推导了弦支穹顶结构上弦节点静力位移公式,提出了黏弹性阻尼器参数刚度系数K、阻尼系数C的理论公式,借助有限元软件针对结构跨度、结构矢跨比、阻尼器参数、替换杆件类型、替换撑杆位置进行参数化分析。结果表明,替换阻尼器参数选用理论计算值的减振效果优于对照组,验证了阻尼器参数理论公式适用于弦支穹顶结构振动控制,最优替换杆件类型为结构的竖向撑杆,最优减振率可达72.46%。

小米醋博物馆砖穹顶结构设计

山东省淄博市小米醋博物馆的入口大厅采用了砖穹顶结构。利用有限元分析软件对砖穹顶结构进行计算,对不同母线形状的结构方案进行了比选,分析了结构底部设置的3处拱形门洞对结构内力的影响,并采用极限平衡法对结构进行校核,得出了穹顶结构的主要自振模态以及在地震作用下的动力特性。对结构在不同施工阶段的受力进行了分析,建立了精确的砌砖模型,对整个施工过程进行指导和把控。详细介绍了穹顶结构的排砖方式,对传统砌砖工艺进行了改良,以达到结构受力与建筑美观的巧妙结合。结果表明:静力作用下结构底部的门洞顶出现拉应力集中,各门洞顶之间形成了环向拉应力;地震作用下结构中部以及未开洞一侧底部的拉应力值较小且分布均匀,靠近门洞底部的结构拉应力显著增大。