弦支穹顶索撑节点滑移性能试验

为精确研究弦支穹顶索撑节点对拉索的约束性能,以某在建的弦支穹顶钢屋盖为例,采用试验方法,对索撑节点的滑移性能进行了足尺模型试验,得到了该类节点的失效和破坏模式。提出了滑移力密度的概念,并用于描述此类节点的滑移性能,获得了拉索在节点中的实测静摩擦系数,并与有限元分析的结果进行对比。针对节点在张拉后对拉索约束力不足的缺点,提出了在节点凹槽内加肋的改进措施,并与未加肋节点的抗滑移性能进行了对比。试验与分析结果表明,密封套筒与插耳造成了约10%的预应力损失,施工中应进行超张拉以补偿这部分损失。原设计节点的破坏模式为拉索从节点中滑出,并伴随有外包PE的损坏,节点的最大实测滑移力为150kN,滑移力密度为18.3kN/mm,实测拉索与节点间静摩擦系数为0.24,与有限元分析数据吻合。加肋改进节点最大实测滑移力为240kN,实测滑移力密度为26kN/mm,滑移力密度提高了42%,较好地改善了节点对拉索的约束效果,提高了节点的抗滑移性能。

索撑节点拉索数值模拟方法对比研究

基于多尺度建模技术,运用ANSYS有限元软件建立预应力撑杆柱模型,将索撑节点处钢丝绳材料属性定义为正交各向异性,对撑杆柱模型进行特征值屈曲分析,并与钢丝绳材料属性为各向同性的撑杆柱模型屈曲分析进行对比.结果表明:正交各向异性索模型模拟结果与实际更加符合,可以为结构设计提供更精确的屈曲荷载值.

2008奥运会羽毛球馆索撑节点预应力损失分析研究

2008奥运会羽毛球馆弦支穹顶结构采用张拉环索的方式施加预应力，环索与撑杆相连的索撑节点的设计、构造与施工是保证环索实现预应力有效传递的关键技术。本文分析了索撑节点的几何构造，对预应力摩擦损失的计算方法进行了研究。利用ANSYS对环索和索撑节点进行了带摩擦的非线性接触有限元分析，并通过实际施工监测数据反算了预应力损失，将设计计算结果与实测数据分析结果进行了对比，并分析了预应力损失值偏大的原因。对张拉环索的弦支穹顶索撑节点提出如下建议：索撑铸钢节点的加工制作应采用精密加工，确保节点几何尺寸严格满足设计要求；索撑节点构造应进行改进，减小环索张拉时的预应力损失；在加强加工制作精度和施工质量控制的情况下，建议索撑节点预应力损失设计取值为5％～6％左右。

大跨度索穹顶新型索撑节点模型试验及性能分析

索穹顶结构的刚度是由索系预应力实现的,预应力损失对结构的安全性具有重要影响,而环索与撑杆相连的索撑节点设计与施工是保证环索实现预应力有效传递的关键技术。以内蒙古伊旗全民健身体育中心大跨度索穹顶结构工程为背景,研发了引入滑动轴承的新型索撑节点,从本质上改变了节点的受力特性,从而减小摩擦损失。通过分析索撑节点的几何构造,对预应力摩擦损失的计算方法进行研究。采用ANSYS对环索和索撑节点进行带摩擦的非线性接触有限元分析,通过模型试验监测数据反算预应力损失,将设计计算结果与实测数据分析结果进行对比。根据研究结果对索穹顶的索撑节点提出如下建议:索撑节点的加工制作应采用精密加工,确保节点几何尺寸严格满足设计要求;在保证加工制作精度和施工质量的情况下,索撑节点预应力损失设计取值为3%～4%。

基于非线性摩擦接触的两种索撑节点数值模拟

索撑节点是张弦结构中的重要部件,拉索的摩擦及节点水平夹角不但引起预应力的损失,而且和复杂受力等因素一起直接影响着节点的抗滑移性能,决定着结构整体可靠性。结合某80m张弦桁架工程,对两种常见的张弦结构索撑节点考虑非线性摩擦接触,利用ANSYS分析了摩擦系数与节点角度对预应力损失的影响,并在不同的螺栓预紧力作用下,分析节点的抗滑移性能,得到了螺栓预紧力与拉索摩擦应力及节点滑移距离的关系。分析结果表明:不同摩擦系数及预拉力作用下,两种节点的预应力损失率最大均不会超过3%;板式节点的最大摩擦应力比球式节点小45.4%,滑移距离比球式节点大50.8%,而摩擦力比球式节点大255%。

半球形滑动式索撑节点性能分析

以索穹顶、弦支穹顶等为代表的预应力张拉整体结构外形新颖美观,具有较高的结构效率。索穹顶或弦支穹顶在张拉环索施加预应力成形的过程中,环索和索撑节点由于摩擦会造成预应力损失,导致成形后的预应力结构力学性能大幅下降。提出一种新型半球形滑动式索撑节点,半球形盖板易于连接多方向的构件,滚轮嵌有滚动轴承从而降低了与中轴的摩擦系数,有效降低预应力损失率。利用ABAQUS对半球形滑动式索撑节点力学性能进行了有限元分析,并通过对比试验实测数据验证了有限元模型的可靠性。有限元分析表明,该索撑节点性能良好,满足设计要求。通过比较有限元和试验结果,该节点在实际工况下预应力损失取值大约为4.2%,相较于传统的索撑节点10%以上的预应力损失得到大幅降低。

基于滑动元法的连续拉索滑移分析

实际工程中,拉索在索撑节点处滑移十分普遍。考虑滑移的影响,索撑节点不能简单地用铰接模拟。现有的拉索滑移分析方法往往需要迭代,计算过程复杂且收敛性无法保证。本文提出一种拉索滑移分析新方法——滑动元法,以预应力鱼腹梁为例进行理论推导,介绍了滑动元法的基本原理和计算步骤。结合有限元软件,利用滑动元法对算例进行计算分析,结果表明,滑动元法计算快速无需迭代,可以较为准确地分析拉索滑移。

弦支穹顶结构滚动索撑节点力学性能研究（英文）

弦支穹顶结构在预应力施工过程中环索和索撑节点之间的摩擦力会产生可观的预应力损失,并且会导致施工完成后弦支穹顶结构的预应力分布显著偏离设计状态,从而明显削弱弦支穹顶结构的性能.本文提出了一种可用于弦支穹顶结构的滚动式索撑节点,并通过试验和有限元分析研究了这种新型索撑节点的预应力损失和力学性能.根据试验数据,对比传统的索撑节点发现,新型的索撑节点可以减少预应力损失从21.65%到10.85%.除此之外,试验结果和有限元分析结果均表明新型索撑节点的力学性能安全合理.因此,在弦支穹顶结构未来的设计中可以推广这种滚动式索撑节点.

钢拉索拉-弯耦合效应受力性能研究

针对索撑节点处产生局部弯曲的连续索,采用ABAQUS建立了钢拉索拉-弯耦合效应下的精细化有限元模型,同时进行了高钒索拉-弯耦合效应下受力性能的试验研究,得到高钒索拉-弯耦合效应下的破坏模式、破断力、极限应变,并与拉索单纯受拉伸状态下受力性能数值模拟结果进行对比,验证了钢拉索拉-弯耦合效应精细化有限元模型的正确性.分析表明:拉索在索夹端部的弯曲导致局部钢丝挤压接触面积增大,影响整股钢丝传力,造成局部受力增大而率先发生破断;拉-弯耦合效应对拉索的受力不利,极限应变降低,将显著降低拉索的塑性变形能力,使结构发生脆性破坏,应优化索撑节点设计并注意施工过程安全.

张弦结构工程实践与关键节点及构件研究进展

简要回顾了张弦结构的提出和发展过程以及在我国张弦结构研究的开端。总结了近二十年来我国代表性张弦结构体系的最新工程应用。对张弦结构撑杆上节点、撑杆下节点和焊接球节点的研究现状和存在问题进行了总结,对拉索构件的抗弯性能、应力松弛和高温后力学能问题的研究进展和存在问题进行了论述。最后通过概述张弦结构的整体发展情况,对其发展前景和研究方向给出建议。

2008奥运会羽毛球馆弦支穹顶结构整体稳定性能分析研究

2008奥运会羽毛球馆屋面钢结构采用弦支穹顶结构体系。该体系为半柔性结构,结构的整体稳定性能是该类结构体系设计选型的控制因素。弦支穹顶结构具有屈曲特征值非常密集且为局部失稳屈曲模态的特点。本文重点对计算方法、材料弹塑性、节点构造以及预应力损失等因素对弦支穹顶结构整体稳定承载力计算的影响进行分析研究,研究表明荷载子步数、材料非线性以及索撑节点构造对奥运会羽毛球馆弦支穹顶结构整体稳定均有较大的影响。对基于结构整体稳定安全的大跨度钢结构性能化设计进行了初步探讨,提出了整体结构体系屈曲稳定承载力系数的建议取值。

2008奥运会羽毛球馆新型弦支穹顶预应力大跨度钢结构设计研究

2008奥运会羽毛球馆屋盖钢结构采用弦支穹顶结构体系,由上弦单层网壳、下弦环索与径向拉杆、竖向撑杆组成。在设计中建立屋盖钢结构和下部看台结构整体有限元计算模型进行结构分析。在综合考虑工程的重要性、结构几何力学特点、预应力损失、施工缺陷等多种因素的基础上,对恒荷载、活荷载、雪荷载、风荷载、温度作用、地震作用等工况进行组合,分别进行结构施工阶段及结构使用阶段的内力、变形和体系稳定分析。在大量计算和分析基础上,对结构几何体系和构件进行了优化设计。在设计中运用单元逐次激活技术,模拟预应力张拉施工过程,并考虑施工临时脚手架刚度的影响进行施工模拟分析。对于索撑节点采用三维实体有限元分析方法,运用接触分析技术,计算索撑节点预应力摩擦损失,并结合施工监测,确定预应力损失值;采用非线性弹簧系统,模拟索撑节点预应力损失并研究了其对整体结构的影响。

基于双控法弦支穹顶伺服施工过程非线性分析

基于结构几何非线性有限元法,推导了弦支穹顶结构施工过程的非线性有限元分析格式,同时针对索撑节点摩阻力对结构的真实影响,分析了索撑节点摩阻力对结构非线性刚度矩阵形成的修正算法,进而提出了可考虑索撑节点摩阻力的基于对外形和索力双控的伺服施工过程方法,并编制了相应算法.该算法可实现对施工过程的外形和预拉力的双重控制,且施工成形终态可最大精度地获取设计态所需的结构位形和索力.实例分析结果验证了该方法的可行性和精度.该方法对于采用张拉环索法施工的弦支穹顶结构具有一定的普适性.