新型空间壳体结构天桥的分析与设计

最近在株洲市建成了一座新型的四联人行天桥，简要地介绍了该桥的主要特点及分析实测结果。跨中恒载最大挠度为８．７ｃｍ，卸载时实测四点平均挠度８．３ｃｍ，与计算结果基本相符。经验算，桩、柱和钢箱梁的强度。

基于Nurbs曲面引入Kriging近似模型对壳体结构进行拓扑优化

利用Nurbs曲面对复杂的空间结构建模,可以避免利用多段曲线方程来拟合复杂曲面带来的大量优化变量,使得计算量增加等问题。以曲面控制点的坐标作为设计变量,最小总应变能作为优化目标,利用遗传算法,寻找最优结构体系方案。在结构的拓扑优化中,当设计变量的个数变多时,往往需要更多的迭代步骤以找到全局最优解,然而在结构分析中,当结构形式复杂,单元划分数量大时,有限元分析本身就非常耗费时间,再加上优化分析的迭代数量,使得优化过程计算效率十分低下。为了解决计算效率的问题,引入Kriging metamodel来近似模拟真实模型,从而简化计算过程。对比真实模型的优化结果和近似模型的优化结果发现,近似模型能够预判设计变量和优化目标间的关系,由于近似模型存在误差,由近似模型得到优化结果并不是真实的最优结果,但是由近似模型得到的优化结果接近真实模型的优化结果。

基于全过程数值模拟的复杂空间混凝土壳体结构施工控制技术研究

随着社会的进步和经济的发展,建筑的形态及结构体系均呈现出复杂的趋势。同时,施工过程往往存在较高的潜在风险,建造完成后的建筑内力分布情况也与施工过程存在较高相关性,需通过合理的施工控制技术确保设计意图的准确实现。以国内外首例叠置双层大跨空间曲面预应力混凝土壳体结构施工——上海在水一方项目为背景,探讨基于全过程数值模拟施工控制技术的应用:首先建立可模拟施工过程中混凝土刚度变化、预应力张拉、临时支撑脱开等行为的有限元模型,并进行施工全过程模拟分析,对拟定的施工工况进行验证及优化;其次基于模拟结果,在结构卸载工况中,采用伺服液压千斤顶辅助卸载,以确保结构受力模式的转化平稳、安全;最后制订施工过程中的监测方案,并通过对比实测数据及计算结果,判定结构受力状况。最终,项目结构施工顺利完成,验证了所采用的施工控制技术的合理性和有效性,可为今后类似工程提供参考。

钢-混凝土空间组合壳体结构静力破坏试验

为研究钢-混凝土空间壳体结构在静力荷载下内力响应、破坏过程与失效机理,以球面钢-混凝土组合肋壳为对象,设计并制作整体结构和组合肋网2个缩尺模型,节点施加集中荷载进行结构破坏性试验。加载初期,两个试件变形均很小,整体结构模型中薄壳主要承受薄膜压力,组合肋中为轴压力;随着荷载增大,在组合肋壳加载壳面区域附近出现微小裂缝,组合肋网中加载点附近区域的混凝土与钢肋间出现微开裂。当壳面顶部出现交叉型裂缝,在一个加载点混凝土壳面压碎,下部组合肋节点混凝土部分也被压碎,在加载点附近形成局部塌陷区时,结构发生破坏;组合肋网模型中加载点处出现组合肋节点混凝土压碎,钢肋板出现局部褶皱,与圈梁相交的组合肋中钢肋板与混凝土间出现裂缝。试验结果表明:组合肋壳发生局部强度破坏;组合肋网由于局部杆件失效而发生破坏,试验测得组合肋壳最大承载力约为组合肋网的3倍,两个试件的荷载-位移曲线都表现出较好的延性。

基于数值模拟的空间曲面壳体成形分析

为了解决空间曲面壳体的整体成形难题,针对空间曲面壳体零件的几何形状特点,采用三维刚塑性有限元分析软件Deform-3D软件,对空间曲面壳体的成形过程进行了数值模拟,分析了不同板料结构形式对成形过程的影响,获得了成形过程中等效应力极限-时间曲线图、凸模载荷-行程曲线图以及变形过程中的金属流动规律。结果表明:使用带椭圆孔的板料,能够获得满足要求的工件,优化了工艺参数,为空间曲面壳体零件的生产提供了参考依据。

大直径钢管塔地震响应研究

以大直径钢管为结构主体的钢管塔是一种很有发展潜力的新型塔．大直径钢管是一种空间薄壁壳体，其结构分析设计与传统的杆系塔架不同．而可供参考的资料很少．本文在静力分析和抗风设计的基础上．结合具体工程研究了钢管塔地震作用的分析方法，采用空间壳体有限单元法．完成了钢管塔地震作用的时程分析．数值算例表明．一般情况下钢管塔地震作用较相应的风荷载要小，塔顶位移和塔底应力均由风荷载控制，但地震作用下塔顶的加速度较风荷载作用下的要大，当塔上设有对加速度敏感的仪器设备时．应采取必要的措施．

某博物馆入口大厅钢结构分析与设计

大庆石油科技博物馆入口大厅屋盖采用一种新型的折板空间壳体结构,由10榀倒V形折板放射状布置。入口处采用空间桁架柱结构,由4榀空间桁架柱组成。屋盖从受力上类似于受压壳体,采用径向滑动支座释放支座处推力,板谷的推力由设置的水平环梁平衡。文中详细介绍了该结构体系的特点、静力性能及几个关键节点的设计。对结构进行的线性屈曲分析及考虑几何非线性的稳定分析的结果表明,结构有良好的受力性能。

软岩巷道混凝土钢筋网壳支架结构试验研究

基于地面大跨度空间壳体结构具备质量轻、稳定性强和计算方法成熟等特点,设计出适用于软岩巷道支护的小跨度、薄壳状混凝土钢筋网壳支架。结合工程实际和相似定理,建立混凝土钢筋网壳支架的相似模型并对模型结构的布置形式进行正交试验优化设计;利用ABAQUS分析出结构的荷载-挠度特性和破坏模式,建立极限承载力、最大挠度和配筋率3个评价指标;随后采用灰色关联和组合权重的分析方法对上述3个评价指标进行分析,求得结构的最佳布置形式并进行室内模型试验,将模型试验结果与数值模拟计算结果进行对比验证;最后将该结构的最佳布置形式应用于软岩巷道工程支护。试验结果表明,设计出的混凝土钢筋网壳支架承载力高,内部构件短小,应力传递路径清晰,内力分布均匀,充分发挥了混凝土和钢筋的材料特性。工程应用中,该结构能有效控制软岩巷道的变形,保持巷道稳定。

某体育馆钢屋盖高温和冷却受力性能分析

某体育馆钢屋盖为采用预应力张拉空间桁架壳体大空间结构。该文通过有限元分析,研究该体育馆钢屋盖在局部高温作用及冷却过程的受力性能。结果表明:高温使部分结构构件屈服、产生塑性变形,冷却至室温后有较大的残余变形和残余应力;升温和冷却过程使部分支座受力较大或受到上拔力作用;中心区升温和冷却比角部升温和冷却的影响范围广,对于结构受力更加不利,中心区相对与角部更需要加强防火保护。

圆筒泵房结构三维有限元分析

槐扒黄河提水工程泵房结构采用较复杂的防淤进水口与圆筒式主机间相结合的设计形式。泵房结构规模的扩大,泵房中主机间、进水口及闸阀间的受力复杂性随之增加。有限元计算结果表明,泵房的应力状态符合对称结构应力分布规律,具有空间壳体结构的受力特征。对整体结构而言,设计洪水位工况是整个泵房结构应力的控制性工况。

北京2008奥运会主火炬抗风研究

阐述了北京奥运会主火炬塔的结构方案及研发的技术难点,及在鸟巢屋面复杂风环境下火炬塔的抗风研究与设计。介绍了火炬塔风洞试验的方法及结果,给出了火炬塔最不利风工况组合下的三维力学分析结果。