单层索支撑光伏电站索力温度效应简化计算方法

单层索支撑光伏电站是一种通过钢索作为光伏组件安装系统的太阳能发电系统。近年来,这种结构受到大量的关注,但是,对温度效应的研究还较少。作为一种大跨度的索网钢结构,温度效应对结构力学行为的影响不可忽视。因此,本文通过温度影响系数的方法对该结构的索力在温度效应下的变化规律及计算进行了系统分析和研究。采用有限元方法,计算了单层索支撑光伏电站在温度、风雪荷载和温度共同作用等多种工况下的结构索力,揭示温度效应对索力的影响规律。无风雪荷载时,索力与环境温差呈线性负相关关系;有风雪荷载同时作用时,索力的温度效应随风雪荷载的增大而减小。根据计算结果并综合外荷载条件、跨度和光伏组件倾角等因素的影响,提出了基于温度影响系数的索力计算经验公式,并通过与有限元分析结果对比,验证了经验公式的准确性。

提高超大型天线索支撑结构刚度的方法及其对电性能的影响

针对新一代大型球面射电望远镜馈源舱索支撑结构存在扭转刚度低的问题,提出增加稳定索系以提高扭转刚度的方法。稳定索系由3根下拉索构成,每根稳定索的上端与馈源舱连接,下端通过导向滑轮与吊重相连。在馈源舱支撑结构因外部扰动发生振动时,稳定索系起到动力吸振作用,有效提高结构的刚度。考虑大跨度悬索自重对悬索形状和张力的影响,建立包含稳定索系在内的馈源舱索支撑结构的系统非线性平衡方程。给出在外部干扰作用下,改型前后结构位移响应的对比,并通过5m试验模型验证该方法的有效性。进而,绘制天线方向图,从增益、第一副瓣电平、交叉极化等方面,对增加稳定索系可能带来的对天线电性能的影响进行定量分析。理论分析与试验结果说明,增加稳定索系的支撑方案可以应用于500m天线工程。

超大型天线馈源舱柔索支撑结构动力学分析与跟踪控制

根据悬链线解析表达式推导出柔索两端固定时索端拉力与索长之间的关系,用于求解特定长度的驱动柔索对处于某一位姿的馈源舱作用力,在此基础上应用Newton-Euler法建立了超大型射电望远镜馈源舱柔索支撑系统的简化动力学模型.采用具有二次收敛性的Newton-Raphson迭代法进行求解,得到较快的求解速度以满足实时控制要求.针对该系统的非线性、慢时变、多变量耦合等特点,提出了一种自适应双模糊控制器来实现馈源舱轨迹跟踪.该控制器采用模糊推理完成两组控制器的平稳过渡.最后,通过仿真计算结果验证了该控制策略的有效性.

新一代大射电望远镜馈源舱索支撑系统的优化设计

基于对馈源舱姿态由40°增加到60°的设计要求,本文首先将原来的等高塔改成两组不等高塔,这对确保馈源舱60°姿态角的实现起到了关键作用。其次,对舱索支撑系统进行了优化设计。设计参数包括索与馈源舱的连接点坐标、索横截面积、塔高等物理量,约束函数为平衡方程、材料强度及边界条件,目标是使索张力差最小。再者,增加平衡重,且平衡重离舱顶端距离可在整个工作空间内实时改变,这不仅有利于舱姿态角的实现,而且可使索张力差进一步减小。最后,通过大量的数值计算和LT5m实验,结果证明了本文所提模型方法和措施的可行性与有效性。

索支撑空间网格结构强震下破坏模式研究

索支撑空间网格结构是一种采用独特网格形状、网格形式、曲面形态的新型单层网壳结构,其在强震下破坏模式和其他单层网壳结构不同,具有一定的特殊性。为此,本文基于有限元软件ANSYS,同时考虑几何非线性和材料非线性,对3类矢跨比的椭圆抛物面索支撑空间网格结构进行弹塑性时程分析,考察结构位移与应力等响应指标,研究索支撑空间网格结构地震作用下破坏模式。通过典型算例的计算分析,得到索支撑空间网格结构两种主要的破坏类型,第一类是随着荷载幅值的增加,结构位移增加明显,结构破坏有一定征兆;第二类是随着荷载幅值的增加,结构位移增加不明显,结构破坏较为突然,没有明显征兆。在破坏模式成因方面提出拉索破坏是影响结构破坏模式的一个重要因素。另外,文中还考察了破坏过程中位移与应力的分布发展状况。

大射电望远镜馈源柔索支撑系统的建模与控制

根据柔索精确的悬链线解析表达式,推导出了两端固定时柔索初始长度与拉力之间的关系,从而能够精确而高效地获得柔索对两端节点的拉力,在此基础上应用牛顿-欧拉法建立了大射电望远镜馈源柔索支撑系统的动力学简化模型.针对该系统的非线性、慢时变、多变量耦合等特点,提出了一种带有自调整因子和比例积分校正环节的双模糊控制器来实现馈源轨迹跟踪.采用双模糊控制器对所建立的动力学模型进行了系统控制仿真实验.结果表明,该控制系统不仅能较好地跟踪期望信号,而且能满足馈源柔索支撑系统轨迹跟踪精度要求.

索支撑压杆屈曲性能分析

利用ANSYS非线性有限元研究大跨度空间结构中两类典型索支撑压杆的屈曲性能,一类为两端索支撑压杆,另一类为一端刚性杆支撑、一端索支撑压杆.运用数值模拟建立并计算多组索支撑压杆模型以考虑支撑索初始预应力、初始缺陷及刚性支撑杆刚度对压杆屈曲性能的影响.研究结果表明:对于这两类索支撑压杆,均可取计算长度作为原长的压杆临界荷载值;在一端刚性杆支撑和一端索支撑的压杆单元中压杆屈曲的产生先于整个体系的屈曲,提高上部刚性杆的截面可避免整个压杆体系的屈曲.

索支撑五、六边形网格单层球面网壳结构研究

文章利用有限元软件3D3S和ABAQUS,以六边形对角布索方案建立了跨度50m,矢跨比1/5的索支撑五、六边形网格单层球面网壳和相应的单层球面网壳的数值模型,对其杆件应力比、刚度、动力特性和稳定性进行了比较研究。结果表明,该类型索支撑单层球面网壳的力学性能均优于相应的五、六边形网格单层网壳结构;索支撑五、六边形网格单层网壳的杆件分布相对较为稀疏,具有较好的建筑视觉效果。

索支撑-钢框架结构滞回性能研究

将索引入多高层钢结构,形成了耗能索支撑-框架结构,该结构体系能有效提高框架结构的抗侧能力和侧移延性及耗能能力。通过有限元分析,研究了索支撑-框架在不同轴压比下的滞回性能。研究了索截面面积、轴压比对结构耗能能力的影响规律,以及耗能过程中索力的变化规律。研究表明,索支撑-框架结构具有较好的反复耗能和自复位能力,支撑框架在轴压比为0.5左右时,耗能能力最优。索支撑可明显提高结构的抗侧刚度、侧移延性、极限承载力和有效耗能能力。随着索截面面积的增大,结构自复位能力提高,但耗能能力并非一直提高,提出了合理的索截面面积,以确保结构在耗能能力和自复位能力间得到良好的性能点。

大规模索支撑桥梁钢塔节段预拼的计算机三维仿真

大规模索支撑桥梁钢塔建设的难点之一是钢塔拼装的精度控制。为使钢塔拼装精度满足设计要求,针对钢塔节段的制造和预拼,依据6D最小二乘法原理及高斯误差累积传递理论,开发任意形状塔柱的钢塔预拼计算机三维仿真技术。该技术解决了由于场地限制而不能进行全塔预拼精度验证的问题,可以识别钢塔节段几何特征并给出单节段制造误差,实现钢塔柱3D预拼和整体预拼线形的计算,在控制参数超标时给出警告,减少误差的积累,有效指导塔柱节段的机加工。该技术在南京三桥钢塔的节段制造和预拼的成功应用,确保了南京三桥钢塔拼装精度达到设计要求。

钢框架-预应力索支撑结构断索动效应

为研究多层钢框架-预应力索支撑结构体系中预应力拉索在偶然荷载作用下突然断裂引起剩余结构振动响应的特征,采用瞬时加载法,借助大变形动力有限元软件ANSYS/LS-DYNA对底层一侧索支撑突然失效的一榀六层平面钢框架-预应力索支撑结构进行了动力响应的仿真分析。结果表明:剩余结构顶点侧移及与断索相邻关键构件端内力的动力系数均不大于2.0;顶点侧移、内力的最大值均发生在索完全破坏后;索的预拉力增大对断索后剩余结构的安全不利,但索直径变化对断索后的剩余结构影响不大;索的预拉力、直径变化对动力系数影响都很小。

平面钢框架-预应力索支撑结构断索动效应分析

为研究钢框架-预应力索支撑结构由于索突然断裂破坏引起的动效应,采用瞬时加载法,对单侧索破断后的剩余结构分别用简化理论和有限元模型进行动力反应分析。研究结果表明:当结构在整个振动过程中处于线弹性状态时,动效应仅与索阻尼比以及失效时间相关,动力系数最大值接近2.0,且动力系数随索失效时间和阻尼比的增大而减小;但当结构在整个振动过程中发生屈服进入塑性状态后,动力效应还与需求能力比有关,动力系数随需求能力比的增大而增大,直至出现动力发散;结构中破断索卸载产生的冲击被未破断索的拉力抵消了,从而钢框架不易进入塑性状态。

基于屈曲承载能力的索支撑柱撑杆长度优化方法研究

索支撑柱是一种适用于大跨度空间结构支撑的新型结构构件,撑杆长度是影响其屈曲承载能力的关键设计参数。分别基于梯度法和多种群遗传算法设计两种索支撑柱撑杆长度优化方法,并对两种优化结果进行分析和对比。通过推导索支撑柱线性屈曲荷载的梯度计算公式,阐述多种群遗传算法的重要策略和参数取值,分别确定出两种优化算法的优化流程,结合优化流程对单层索支撑柱和三层索支撑柱进行优化。结果表明,基于梯度法的优化方法计算效率高、收敛速度快,但对于多变量优化问题容易陷入局部最优解;而多种群遗传算法依赖大量有限元分析,但可以使用并行计算,在保证优化效率的同时,对于多变量优化问题能够有效收敛至全局最优解。研究成果可运用于大跨度屋盖支撑结构中,能够更为有效地提高建筑结构材料利用率,减少建材用量。

高层钢框架预应力索支撑结构脉动风模拟AR模型参数分析

以高层钢框架预应力索支撑结构为例,研究了应用AR模型进行脉动风模拟时,模型的2个关键参数——时间步长、时域点数的取值对模拟结果的影响.在讨论基于AR模型的脉动风模拟方法的基础上,利用有限元软件Sap2000建立结构模型,利用Matlab编制AR算法程序,分别选用不同的时间步长、时域点数对结构进行脉动风速时程分析,将生成的脉动风速功率谱曲线与目标谱进行对比,根据曲线吻合情况确定参数的合理取值范围.结果表明,时间步长的取值对AR模型模拟结果有较大影响,其最优值域为0.10～0.18 s,超出这一范围均会导致功率谱曲线与目标谱偏离,降低模拟精度；时域点数对AR模型模拟精度的影响较小,可根据工程需要选择时域点数.

增强索支撑系统扭转刚度的索连接位置优化

基于悬索的弹性悬链线方程建立了大射电望远镜索支撑系统的静力学模型,在此基础上根据索端张力与舱体位移之间的非线性关系推导出系统的静态刚度矩阵,进而得到扭转刚度的解析表达式。为提高扭转刚度,该文提出在舱体上安装一星形支架并对支架的结构参数进行了优化。计算结果表明:适当选择星形支架的结构参数能够极大地提高系统的扭转刚度。

多高层预应力钢结构索支撑-框架静力性能研究

将预应力索支撑引入多高层钢结构,提出耗能预应力索支撑-框架结构,该结构体系能有效提高框架结构的抗侧能力和侧移延性,减小柱子计算长度,降低结构用钢量。利用有限元分析方法,分别对预应力索支撑-刚接框架、预应力索支撑-半刚接框架以及纯刚接框架进行静力性能分析,研究轴压比对三者的弹塑性发展、极限承载力、破坏机理、侧移刚度和侧移延性等方面的影响规律。研究表明,设置索支撑除增大框架抗侧刚度和提高极限承载力外,更重要的是提高侧移延性,改善破坏模式,且当外荷载去除或减小时使框架全部或者部分回到原始平衡位置,实现自复位。另外,随着轴压比的增大,三者抗侧承载力均降低,纯框架侧移延性降低,但索支撑-框架延性基本不受轴压比影响。

某拱索支撑人行桥人致振动响应分析及控制

随着人行天桥逐渐向大跨度、轻柔化和桥型新颖别致的方向发展,由此引发的人致振动的问题日益突出。以某拱索支撑人行桥为研究对象,建立空间有限元模型研究其动力特性;选取IABSE推荐的人行荷载模型,考虑非活动人群的质量,采用时程分析法对该桥进行人致振动作用下舒适度的分析;根据Den Hartog提出的不考虑主结构阻尼的最佳阻尼器参数表达式得到阻尼器的设计参数,并在人行桥合适的部位设置调谐质量阻尼器(TMD)进行振动控制。结果表明:该人行桥具有明显的竖向振型,且该振型的频率与人行步频十分接近;采用TMD进行振动控制后,共振激励作用下的竖向加速度减小80%~90%,并且满足规范中对人行桥舒适度的要求;在考虑非活动人群质量的影响后,TMD的减振效果更好。

斜拉索耦合振动模型及其参数分析

考虑支撑构件对斜拉索参数振动的影响,从整体振动角度研究斜拉索的非线性参数振动特性,提出一个耦合索支撑结构模型.该模型既考虑了斜拉索的几何非线性,也考虑了支撑构件的运动对斜拉索振动的影响.应用多尺度法对该模型进行摄动分析,得到该模型参数振动时的激励频率及稳定区域边界,讨论模型质量比、刚度比和倾角等参数对幅频响应及稳定性的影响.研究表明,索的非线性参数振动特性并不随质量比和刚度比单调递增,而是存在某一临界值,使索的非线性参数振动特性最大化;随着倾斜角度的增加,索的非线性参数振动特性是单调递增.

索结构约束支撑在某项目中的应用

介绍了索结构约束支撑的特点与设计原则,并通过ANSYS有限元软件,进行了弹性屈曲分析与滞回分析,指出将索结构约束支撑应用在某项目中,达到了承载力高、结构轻盈的效果。

用于网架结构加固的索撑、套管集成加固法及工程应用

某游泳馆设计于1993年,竣工于1996年,屋盖为正放四角锥螺栓球平板网架。在改建过程中,因有使用功能升级及设备改造,对其进行检测、鉴定及加固,鉴定结果表明,屋盖网架结构不能满足安全性及耐久性要求。针对节点及杆件的不同受力特征,采用了不同的加固方法:采用增设加劲肋解决平板支座承载力不足问题,采用新型预应力高钒索、钢支撑及套管集成加固法解决杆件、节点承载力不足及杆件稳定性不足的问题。预应力高钒索、支撑及套管集成加固方法形成了网架结构加固的成套技术体系,避免了网架结构加固中的焊接作业,消除了焊接应力的影响以及焊接过程中钢管高温软化可能导致的非预期破坏,大大缩短了施工作业时间,取得了良好的社会与经济效益,为以后类似改造工程提供了借鉴。