大跨度双曲空间桁架钢结构地铁车站施工关键技术研究

大跨度双曲空间桁架钢结构具有造型优美宏伟、空间利用率高等特点,在重要建筑工程项目上应用较多。该类结构形式复杂,跨度大,制作及安装难度大、技术要求高。北京大剧院地铁车站采用大跨度双曲空间桁架钢结构,造型极具特色。基于此,文章以北京大剧院地铁车站工程为例,对该工程采用的“弦支穹顶结构+双向错层交叉网格屋盖+中心落地花篮柱+周圈辅助支承体系”总体设计方案及结构安装步骤展开论述,对该工程双曲空间桁架钢结构施工关键技术进行研究和总结,以期为钢结构建设创新发展奠定技术基础,为其他类似工程设计及施工提供参考和借鉴。

某S形大跨空间桁架吊装施工全过程仿真与监测研究

既有地铁车站的改扩建通常需要在保持运营不中断的前提下,上盖大跨度空间钢结构,其施工安装技术特别复杂。本文结合深圳某地铁站改扩建工程,针对跨度为88.7 m的S形空间桁架,利用有限元分析软件ABAQUS模拟分段吊装全过程。通过对各个吊装方案对应的桁架结构应力分布和变形特点进行分析并结合实际施工需求,从三段吊装、整体吊装和均分两段吊装3种吊装方案中选出三段吊装为最优吊装方案。基于ABAQUS分析吊点布置对三角段和中间梁段结构的影响,确定了三段吊装方案的科学性和可行性,并进一步对三段吊装的吊点布置方式进行优化。实际监测的应力应变数据与数值模拟结果基本吻合,预测精度分别为1.117(平均值)和0.153(离散度),这表明数值模拟可以有效地预测实际施工中的情况。

整体空间桁架体系在某大跨悬挑结构中的应用研究

文章以某大跨悬挑工程为背景,对比分析了实腹工字钢钢梁体系、大跨平面圆管桁架体系、整体空间桁架体系等3种不同的大跨悬挑结构承重体系,最终选用整体空间桁架体系。系统阐述了其建筑造型特点及结构布置形式,并基于计算软件开展了受力性能计算分析。结果表明,整体空间桁架体系设置合理,在满足建筑功能造型的条件下,构件应力比均得到合理控制,结构安全冗余度较高。同时,结合建筑自身造型特点,重点介绍了本工程中应用的3种增强大跨悬挑结构抗倾覆性能的措施。文章对此类大跨悬挑结构提出的相关设计建议可供类似工程参考。

空间桁架结构等效连续体建模及固有特性分析

针对空间桁架天线的结构特点,基于能量等效原理分别建立了不带底板和带底板的空间桁架结构的等效梁连续体模型。将胞元横截面上任意点的位移用横截面中心处的位移分量线性表示,求得胞元的应变能和动能;基于能量等效原理利用哈密顿原理建立桁架天线结构的等效连续体动力学方程,求解得到等效连续体模型的固有频率和振型表达式;利用有限元方法对桁架结构进行仿真分析,并将仿真结果与等效连续体模型计算结果进行对比分析。结果表明,等效模型结果具有较好的精度,从而验证了等效连续体梁模型的正确性。研究结果可为大型空间可展桁架结构的动力学设计提供论支撑。

空间桁架结构特征响应信息对模型修正的影响机理分析

实测的结构响应特征信息是有限元模型修正的基础。由于土木工程结构体型巨大和服役环境复杂,使得结构现场测试难度大、成本高和测试信息有限,因此,合理和高效地利用这些来之不易的有限测量信息,以最小的代价实现对有限元分析模型的有效修正,意义重大。从数学问题求解的角度分析结构模型修正,通过一个空间桁架的数值仿真,研究结构特征信息量大小和类型对模型修正的影响,揭示结构特征信息对模型修正的影响机理和规律。基于设计和建立的实验室空间桁架模型的标准试验和损伤试验,开展了基于实测数据的桁架结构模型修正,验证了结论的准确性和可靠性。对如何充分利用有限的结构特征信息对有限元模型进行高效和可靠的修正,提出了一些有价值的参考建议。

合肥滨湖国际会展中心综合馆大跨度钢-铝组合张弦空间桁架屋盖体系设计技术研究

针对合肥滨湖国际会展中心综合馆大跨度屋盖,提出一种钢-铝组合张弦空间桁架新型受力体系,其中上部组合桁架的下弦杆、腹杆采用钢构件,组合桁架上弦杆采用铝合金型材,撑杆和拉索为钢结构,该体系集合了传统张弦桁架空间受力特点和铝合金结构的优点,形成铝合金主结构与屋盖围护系统一体化设计。介绍了屋盖受力体系的构成、钢-铝合金连接节点、一体化屋面和张弦桁架的分析设计结果,同时研究了屋盖结构的稳定性、抗连续倒塌等问题。分析结果表明,屋盖体系各项指标均满足规范要求,可为钢-铝合金组合空间桁架结构体系的研究和应用提供参考。

基于共旋坐标法的空间桁架几何非线性分析

以往提出的共旋坐标法中,随动与整体坐标系的转换矩阵的计算需要中介值,对于大型工程结构会影响计算效率,且共旋坐标法在有限元程序中的实现多基于面向过程技术,以至数据不易管理、功能难以扩充,此外桁架何时考虑几何非线性也缺乏研究。归纳对比了两种常用的共旋坐标法理论,基于整体坐标系原点来建立随转坐标系,给出无需中介值的空间桁架转换矩阵及杆端抗力的具体表达式,并基于此法,使用C++语言在基于面向对象技术的程序Aduts中实现空间桁架单元,进一步简化了共旋坐标法的计算,使其在有限元程序中的数据管理、二次开发和维护更简便。设计典型算例验证了本文桁架单元的正确性,并通过参数分析研究桁架的几何非线性,结果表明桁架的几何非线性不能单纯以经验理论即应变达到5%为判断依据,而需结合拱跨比的值来确定。

基于蝠鲼算法的散货货棚空间桁架轻量化设计

针对792根杆构成的散货货棚空间桁架结构,在保证承载力不变的前提下,采用蝠鲼觅食优化算法(manta ray foraging optimization,MRFO)对结构构件尺寸进行轻量化优化,并评估优化前后的结构用钢量进行评估.在搜索过程中,采用改进的Deb规则过滤冗余的结构分析,提高搜索效率.结果表明:采用MRFO算法和改进的Deb规则对散货货棚进行优化后,与原设计结构相比,材料节省了19.8%.

某会展中心空间桁架结构检测鉴定及分析

某会展中心为钢管混凝土柱承式空间桁架结构,属于人员高度密集的公共建筑。自天津8.12爆炸后部分建筑结构构件受损,采取临时加固措施后至今未使用。论文基于对该建筑现场检查检测和承载力验算结果,对会展中心进行安全性及抗震鉴定,并考虑爆炸荷载作用,对结构进行受力分析。基于鉴定分析结论并综合考虑经济因素和实施条件,给出后续处理建议。本文的检测鉴定技术方法对解决同类工程问题提供了较为全面的参考依据。

基于静定空间桁架原理的空间相机结构设计

现代空间光学遥感器向着大口径、长焦距的方向发展。焦距变长意味着主次镜间隔变长,也就意味着次镜的系统公差更难保证。针对次镜严格的公差要求,本文提出了一种空间桁架结构的设计理念。根据静定空间桁架原理,设计了两种结构方案,采用有限元分析软件,对两种方案进行了分析,求得前三阶固有频率、绕X轴的倾角和Y方向刚体位移。分析结果表明,设计方案1的一阶模态为78Hz,绕X轴的倾角为2″,沿Y轴的最大刚体位移是0.04mm;设计方案2的一阶模态为113.7Hz,绕X轴的倾角为1.5″,沿Y轴的最大刚体位移是0.022mm。两种方案都能满足设计要求,而方案2比方案1有明显优势。静定空间桁架原理为空间相机结构设计提供了可靠的理论依据。

空间桁架门梁基于不同计算模型的比较分析

空间桁架门梁作为承担大门自重和承受墙面风荷载的受力构件,其计算通常与其下部混凝土门柱分开进行,然而,这样的简化计算并不能真实反映混合结构的实际受力状况。文章通过建立独立门梁模型和整体结构模型,对空间桁架门梁的跨中变形、杆件轴力和杆件强度利用率进行了比较分析,发现采用独立门梁模型计算的跨中位移及各类杆件的最大计算应力比均大于整体结构模型,结构偏安全,使用较普遍,但经济性不高。整体结构模型兼顾了准确计算与成本控制,是既安全又经济的选择。

游泳馆大跨空间桁架结构抗震性能动力弹塑性分析

为了提升游泳馆的抗震性能,本文通过某游泳馆工程的建造概况介绍了一种大跨空间桁架结构游泳馆动力弹塑性分析的方法,采用有限元分析软件ANSYS建立空间桁架结构的有限元模型,通过对模态与弹塑性结果的研究,分析了游泳馆大跨空间桁架结构在地震作用下的性能表现及其潜在的薄弱环节,根据分析结果提出大跨空间桁架结构游泳馆在地震作用下具有较好的抗震性能。研究表明,在大跨空间桁架结构游泳馆的建造过程中,通过对关键节点和构件的优化设计,可以进一步提高结构的抗震能力,确保游泳馆在地震中的安全运行。

大断面破碎巷道全空间桁架锚索协同支护研究

针对深部大采高综放工作面回采巷道由于断面大、破碎、扩容、大变形等,而导致常规支护极易发生不协调变形失稳的问题,基于对潞安矿区大断面软弱破碎巷道围岩变形破坏机理的系统深入分析,从三维空间支护协同承载与围岩协调变形角度,提出了全空间预应力桁架锚索协同支护新技术,阐明了全空间桁架锚索的支护结构、支护机理及其优越性。通过对全空间桁架锚索协同支护方案进行设计,并采用FLAC3D对其支护效果进行数值模拟分析,得到不同预紧力条件下全空间桁架锚索支护巷道顶板预应力场三维空间分布规律,表明全空间桁架锚索支护能够形成三维封闭的承载结构。

厚承台空间桁架受力机理的研究(1)

为进一步揭示６桩厚承台的传力机理和破坏形式，通过对比例为１：５的６桩厚承台的模型试验和三维非线性有限元的分析，指出我国规范中承台设计的不足，揭示出６桩厚承台及一般厚承台的破坏模式和传力机理。

智能空间桁架结构独立模态控制方法

采用现代模态滤波器（ＭＦ）技术和最优控制理论研究智能空间桁架结构的独立模态空间控制方法（ＩＭＳＣ）。仿真结果表明，按提出的控制策略，解决了传统ＩＭＳＣ控制中的状态解耦问题，使ＩＭＳＣ方法不再局限于简单、低自由度数的结构动力控制，对于智能空间结构，实施ＩＭＳＣ方法也是可行并且有效的。

大型空间桁架面天线的结构—电磁耦合优化设计

由于载荷变化及各种随机干扰,大型空间桁架面天线必须保持非常精确的形状.基于提高空间天线电磁性能以及降低作动器能耗的目的,结合大型空间桁架天线结构的特点,建立了以天线轴向增益和作动器能耗为目标函数,以结构强度、作动器变形和轴力为约束条件的多目标优化模型.数值试验结果表明,结构—电磁耦合优化设计模型只需较低的作动器能耗,就能明显提高天线电性能,很好地满足了天线结构与电磁设计要求.

空间桁架式着陆器的动力学分析

以作者提出的一种四腿桁架式可折叠月球着陆器为模型,采用MSC公司的有限元软件Patran/Nastran对着陆器基体的动力学特性进行了分析,得到了结构模态的影响因素,给出了样机结构的约束模态;给出了不同临界阻尼比下着陆器基体在来自火箭的低频正弦振动和随机振动激励下的响应曲线,发现低频正弦振动激励使得着陆器基体结构在76.7Hz产生共振,频率分布在200Hz附近的随机振动激励对基体的影响较大;临界阻尼比对此两种类型激励的响应曲线峰值影响显著。

大载荷下空间桁架结构主承力用碳/环氧推力管的重量优化设计

航天发动机推力支架空间桁架结构通常采用金属材料。碳 /环氧复合材料用于这种空间桁架结构的主承力推力管可以显著减轻推力支架的重量。为了节约昂贵的实验费用 ,通常先对支架结构和重量进行优化设计。本文以橡胶芯模辅助RTM工艺制备的碳 /环氧管件为模型建立了某种结构优化后的推力支架空间桁架结构的有限元模型 ,采用大型有限元分析软件ANSYS7.0对推力管的外径、壁厚和重量进行了优化设计 ,得出推力管最佳参数为外径 7.8cm ,壁厚 2 .2 3mm ,总重 11.5 8kg。

桩基承台和筏板的空间桁架设计方法研究

基于桩基承台的空间桁架传力机理，进行了承台斜压杆应力场的模拟试验．分析了承台及其斜压杆承载力的影响因素，导出斜压杆承载力计算公式，并提出了桩基承台和筏板的空间桁架设计方法及建议．