空间刚架结构钢-混结合段的力学性能

为了研究某高速铁路空间刚架结构钢-混结合段的力学性能及传力机理,对其进行了1∶2大比例节段模型试验及非线性有限元分析.对试验模型分别进行正常使用极限状态与承载能力极限状态加载,测试主要构件的应力、变形分布及其随加载历程的变化;结合非线性有限元分析,探讨了结合段传力构件之间的荷载分配关系.研究结果表明:钢-混结合段钢结构、混凝土结构及PBL键贯穿钢筋的应力水平较低;钢结构与混凝土之间相对滑移量较小,二者能协同受力;结合段内混凝土、钢板、剪力键等均处于弹性工作阶段,且应力分布均匀,具有较高的安全储备;钢-混结合段能有效传力,承压板和剪力键各自分担50%的荷载,荷载分配较合理.

新型多面体空间刚架结构的建模方法研究

简单介绍了气泡理论及多面体空间刚架结构构成的基本原理,并重点研究了这类新型空间结构的建模方法.在分析通用图形软件的实体作图法建模存在的主要问题及其原因的基础上,提出基于数学解析的嵌填式建模方法,编制了相应的程序,并成功应用于北京奥运会国家游泳中心"水立方"结构.研究表明,实体作图法只适用于中小型多面体空间刚架的建模,而嵌填式方法对于大型多面体空间刚架的建模具有很高的效率.

基于空间填充多面体的空间刚架结构几何构成

为了获得新颖独特的建筑效果,采用截顶正8面体和菱形12面体这两种空间填充多面体进行组合、阵列、旋转和切割生成了具有仿生性质的空间刚架结构.系统地研究了切割面和旋转角度对空间刚架几何构成的影响,研究表明,当截顶正8面体和菱形12面体堆积体绕(0,0,0)到(1,1,1)矢量轴旋转60°时,通过选取适当的切割面,可以产生建筑上呈随机无序视觉效果、结构上高度重复且满足构造要求的新型多面体空间刚架结构.

空间刚架结构的广义逆力法

在结构计算中,根据算法中所采用的基本未知量的不同,结构分析方法可以分为力法、位移法和混合法。其中位移法由于适宜计算机处理而在结构计算领域得到了广泛的应用,经典力法相比之下应用就远不如位移法普遍,虽然力法本身在力学上有其独特的优势。广义逆矩阵做为一种较新的数学工具,自二十世纪五十年代诞生以来正日益表现出越来越旺盛的生命力。广义逆力法就是一种基于力法和广义逆矩阵理论的新的迭代算法。这种算法是一种完全适合计算机处理的力法方法。该算法的思路以及对于求解线弹性空间刚架结构问题的具体公式均在文中给出并给出了算例。从算例计算结果可以看到广义逆力法有着较好的计算效率和计算精度。该算法的提出为力法在计算机计算领域的应用开拓了新的发展空间。该算法在材料非线性问题和结构并行计算方面也有着较好的应用前景。

考虑二阶效应的空间刚架结构布局优化

针对三维空间刚架布局优化问题,以七自由度节点梁柱单元二阶弹性理论推导考虑构件几何非线性和截面翘曲变形的非线性刚度矩阵,通过整合梁柱单元非线性刚度矩阵对刚架结构进行整体的二阶弹性分析,建立满足刚架结构强度、刚度和稳定性要求的布局优化数值模型;并针对复杂刚架结构布局优化数值求解问题,改进遗传搜索算法(GA),提出可靠拓扑和引导型遗传算法双向控制方法(KLGA).该方法一方面将拓扑变量从布局设计变量中分离,以构件重要度评定结构可靠拓扑变量组合,再与设计变量整合;另一方面将结构特有的引导信息加入算法中,为GA提供全局最优解的指引路径.通过两种典型的刚架算例表明二阶效应模型和KLGA算法的可行性和有效性,例如算例2中基于二阶效应模型的KLGA得到的最优结构质量比GA减轻了24.5%,波动幅度从9.61%提升到1.39%,算法更加稳定.

某铁路空间刚架结构的地震响应分析

该工点是某高速铁路与既有5线交叉,因高速铁路曲线半径较大,且受地物条件所限,交叉角度很小,如采用常规梁式桥跨越,其跨度将达到150 m以上,其梁高或桥式均不能与当地环境相协调,为此研究采用铁路空间刚架结构这一形式,针对这种特殊结构形式,考虑桩-土-结构相互作用,进行地震动力时程分析,对该结构的抗震性能进行了评价。采用集中质量模型建立了桩-土-结构相互作用的有限元模型,以人工波、Parkfield波及El-Centro波作为地震激励,分析了地震作用下结构的位移、内力及应力响应。分析结果表明:该结构具有良好的纵横向刚度,既满足高速铁路行车要求,又可满足结构抗震性能,并指出横梁与边墙钢-混凝土结合段是抗震构造的关键细节,设计中应加强构造细节处理。

大型空间刚架结构系统可靠性分析的实用方法

导出了大型空间刚架结构系统变量相关的计算公式；根据大型空间刚架结构系统层次性特点，提出了系统串联组合分析法，并进行了比较计算，验证了方法的有效性和可靠性．

空间刚架结构分析理论在建筑结构中的应用

通过对铁道部通用图《铁路站场照明灯桥》（钢管桁架式）设计中结构计算方法的介绍，阐述了空间刚架结构分析理论在建筑结构中的应用情况。

高速铁路空间刚架结构设计

介绍了京沪高速铁路跨京山五线空间刚架结构技术标准、设计原则及结构设计情况。

空间刚架结构钢-混结合段疲劳性能试验研究

为了解空间刚架结构钢-混结合段的疲劳性能,按照几何、物理及边界相似准则设计了1∶2的大比例试验模型,进行了设计寿命期内疲劳加载,测试了疲劳加载过程中钢-混结合段结构主要构件以及焊缝、剪力键的应力及变形情况。试验结果显示:空间刚架结构钢-混结合段在疲劳荷载作用过程中的应力水平较低,应力分布基本无变化,钢与混凝土相对滑移量很小;疲劳荷载作用后钢结构、混凝土结构无表观裂纹,超声波探伤结果表明疲劳荷载作用后钢结构焊缝无超标缺陷;结合段顶部钢与混凝土之间的界面粘结被破坏,但由于剪力键的作用,钢与混凝土的最大相对滑移量为0.036mm;该空间刚架结构钢-混结合段具有良好的疲劳性能。最后从疲劳性能的角度对钢-混结合段的合理构造设计进行了讨论。

我国首次采用的空间结构新形式

2007年建成的北京奥运会“水立方”游泳馆采用由14面体、12面体棱边及与多面体切割线组成的多面体空间刚架结构，墙面和屋面的平均用钢指标为100kg／m^2。。

空间刚架稳定性分析的泡函数有限元法

将泡函数有限元法理论用于空间刚架的稳定性分析。为了全面地考虑各种载荷因素对几何刚度矩阵的影响,提出了变几何刚度法和失稳判据。为了解决单元坐标系方位的确定这一个性化情况很突出的问题,运用三点定位算法编制了规范的计算程序。在一杆一单元的情况下,运用这三大理论编程计算出了比较精确的临界载荷值,说明在空间刚架的稳定性计算方面,泡函数有限元法具有突出的简洁性和精确性。

一种火箭发动机推力台架固有频率的工程解析算法

文中结合在固体火箭发动机立式推力台架设计中需要给出一定频率范围的工程实际问题,首先将推力台架结构简化成典型多层空间刚架模型,然后探讨了多层空间刚架结构的一般振动计算方法,最后在推力台架结构模型进行合理简化的基础上,依据角变形法从能量角度给出了推力台架关于固有频率的工程解析计算,并进一步确定了结构可调的立式推力台架固有频率的变化范围,为类似多层空间刚架结构的工程振动设计与计算提供了有价值的参考。

刚柔相济塑造“水立方”

5月16日,北京市建委在国家游泳中心项目部召开了“国家游泳中心新型多面体空间刚架结构施工技术研究”科技成果鉴定会。经由九位资深专家组成的成果鉴定委员会鉴定,这项国家游泳中心施工综合技术中最重要的成果达到国际领先水平。专家们一致认为:国家游泳中心工程所采用的“新型多面体空间刚架结构”造型复杂、构件数量大,施工中构件的制作、安装、管理难度高。项目能够突破常规钢结构安装思维,采取多种技术方案和措施,解决了施工中的大量技术难题,工程施工质量满足了设计要求,实现了工程建设的质量、安全和工期目标。项目结合工程实际采取的施工方法和措施节约了工程成本,取得了十分显著的经济效益和社会效益。工程所取得的研究成果和施工经验,为类似的工程建设提供了示范作用,具有很好的推广价值。

只有充分发挥自主创新精神才能克服重重困难——中建一局建设发展公司国家游泳中心工程项目总工程师陈蕾

国家游泳中心工程的主要技术难点有设计100年耐久性的混凝土、结构异常复杂的屋面及其支撑墙的新型多面体空间刚架结构、目前世界上覆盖面积最大的膜结构以及高标准和系统复杂的机电工程。由于本工程建筑设计新颖，结构设计奇特，无以往经验可以完全借鉴，现实施的各种施工方案已先后经过了近百次专家论证。特别是世界上独一无二的钢结构，从设计到施工无不体现自主创新精神。

国家游泳中心结构设计简介

国家游泳中心成功地创造性地采用了由气泡理论衍生的新颖合理的空间刚架结构。本文简要介绍了这一新型多面体空间刚架结构的构成性能及其有待深化研究的主要课题。