预应力网格结构的研究

为了便于选择最优的建筑结构，阐述了预应力网格结构的概念、种类、布索方式、力学特征；详细论述了预应力网格结构的计算理论和优化设计的现状，并对今后的预应力网格结构理论研究和优化设计以及应用前景进行了展望．

预应力网格结构的CAD软件开发

介绍了软件“预应力网格结构设计PLAS -CAD”的主要特点和基本命令 ,并对软件开发中碰到的一些技术难点及处理办法作了阐述。

拉索预应力巨型网格结构参激振动及动力稳定性研究

针对拉索预应力巨型网格结构的参激振动及动力稳定性问题进行了研究。首先建立索-拱简化模型,分析了桁架拱拉索参激振动的诱发机制与特征,并利用ANSYS软件进一步探究了参激振动的影响因素,然后对简谐荷载作用下拉索预应力桁架拱及整体结构的动力稳定性进行了分析。研究表明:当结构振动频率为索基频的2倍左右时,拉索会发生参激振动,振动响应特征与激励幅值、阻尼、拉索初张力、支承方式等相关;拉索预应力桁架拱在水平简谐荷载作用下一般会发生动力失稳破坏,在竖向简谐荷载作用下发生动力强度破坏,拉索预应力巨型网格整体结构在简谐荷载作用下通常发生动力失稳破坏。

预应力拉索网格结构的设计与研究

结合近年来多项预应力拉索网格结构工程的实践 ,以多个各具特色的预应力拉索网格结构工程———山西太旧高速公路标志建筑斜拉网壳和悬挂网架 ,广州越秀山体育场挑棚斜拉网架 ,苏州工业园区游泳馆预应力拉索网架 ,厦门海沧大桥收费站预应力拉索网架 ,嘉善体育馆预应力网架 ,浙江海洋学院体育馆斜拉网架为基础 ,阐述了预应力拉索网格结构在工程中应用的形式、设计思想、索张拉力与垂跨比的关系以及拉索作用方式和效果。

预应力空间网格结构的预应力施工控制理论研究

针对预应力空间网格结构在在预应力施工过程中的实际状态与理论分析模型存在差异的情况,提出"预应力空间网格结构的预应力施工控制"问题。并从系统分析的观点出发,建立索力递推系统对该问题进行详细讨论,从理论上证明只有在索力间相互影响满足一定要求的情况下,恒以目标索力为索张拉力进行循环补拉才能使实际索力不断逼近目标索力,但逼近的速度受3个因素的影响:索力间相互影响、索数目、循环补拉开始前实际索力与目标索力的差值。索力间相互影响越大,索的数目越多,张拉开始前实际索力与目标索力相差越大,则实际索力逼近目标索力的速度越慢,为达到目标索力要求需要进行的循环次数也会增加。为此,提出"基于索力观测值的预应力施工方案决策"的概念,讨论两种基于索力观测值的预应力施工方案决策方法:数学方程法和迭代求解法。最后通过工程算例验证所提出的预应力施工控制理论的正确性。

拉索预应力空间网格结构的索张力计算及张拉全过程分析

实际工程中,对于拉索预应力空间网格结构的索张拉是一个需要反复调整的繁琐过程。对此,提出了一种针对多阶段多批次张拉施工全过程分析的计算方法,用以提高索张拉施工的效率。该法通过不断减小拉索实际张力与目标张力的差值来求解各索在张拉过程中应该产生的初始应变,最后只要利用计算结果并按照预定的顺序张拉,便可使所有索只经过一次张拉就能最终达到各自的目标张力值。对一个150 m跨度的拉索预应力球面巨型网格结构进行了计算,并利用计算结果,对结构的杆件内力和最大节点位移进行了张拉全过程跟踪分析。结果表明,在实际工程中采用上述方法进行计算与张拉是切实可行的,另外,在张拉过程中进行跟踪分析十分必要。

拉索预应力巨型网格结构布索形式研究

针对由预应力和巨型网壳结构组合而成的一种超大跨度拉索预应力空间结构体系,总结了该结构体系已提出的两种预应力布置形式的索杆布置原则、受力机理、具体形式与几何拓扑关系;并在此基础上提出两种改进型拉索预应力布索形式.通过与已提出的两种布索形式及未布索桁架拱进行对比分析,初步研究了改进型布索形式下立体桁架拱的静力及稳定性能.对比指标包括结构最大位移、支座水平反力、杆件内力峰值、结构稳定极限承载力及失稳模态等5个方面.分析结果表明,两种改进型布索形式的引入均可有效地提高桁架拱的结构刚度,改善结构的静力性能,并能较大地提高其稳定承载力,同时还能改善已有布索形式的缺陷,是较合理的索杆布置;其中第2种改进型布索形式的综合性能更好,是一种更有效的布索形式.

拉索预应力巨型网格结构体系

阐述了拉索预应力巨型网格结构体系发展与研究的必然性和必要性;介绍了针对这一体系提出的各种结构形式中拉索预应力的布置原则、受力机理及具体形式;回顾了拉索预应力巨型网格结构体系的研究现状,包括静力及稳定性能、预应力索张力计算及其优化、张拉全过程分析、结构动力特性等。总结了该结构体系中各参数的合理取值,得到了较优的预应力大小及预应力分布比例,提出了针对静力性能的三级优化方法及预应力索张拉施工过程中索力的计算方法,得到了布索后结构的动力特性变化规律。最后对拉索预应力巨型网格结构体系研究的关键问题及发展方向进行了展望。

基于系统可靠度的预应力空间网格结构优化

为降低预应力空间网格结构系统优化分析的复杂度,提出一种利用改进的遗传算法进行结构系统可靠度约束下的最小质量优化设计的方法。该方法将系统可靠度作为结构优化控制参数,采用分枝限界法判定系统的主要失效模式,应用PNET法计算系统的可靠度。算例分析表明,该方法得到的最优个体质量相对于最佳矢量型法降低了2.82%。该方法合理有效,具有工程应用价值。

预应力空间网格结构施工中的支撑可靠性研究

介绍了某展示大厅采用的预应力空间网格结构体系,对施工过程中网壳出现的"弯杆"、挠度过大等问题进行分析,提出相应的解决方案,计算了不同沉降位移情况下的弯杆数目,提出支撑沉降的具体控制数值以小于20 mm为宜。

大跨度悬索结构的应用与发展

文章介绍了大跨度悬索结构的应用与发展的进程及各种索结构体系的受力特点和典型工程实例,概括了悬索结构计算的基本要求和计算方法,并对索结构的节点设计要求进行了归纳和总结。

预应力空间网格结构张拉全过程的反馈控制研究

预应力张拉是确保预应力空间网格结构实现预期设计状态的关键,但施工误差的随机变异影响了张拉过程的可控性。为此,提出一种预应力空间网格结构张拉全过程的反馈控制方法。在考虑施工材料参数与几何参数误差的基础上,首先对基准结构模型进行概率有限元分析,获取误差结构响应与预张力控制方案的样本对;然后利用BP神经网络的非线性映射功能,以概率有限元分析结果为训练样本,构建结构响应与预张力控制值的关系模型;在实际的多阶段张拉过程中,基于前一阶段的实测结构响应数据,利用构建的神经网络关系模型预测下一阶段的张拉控制力。利用ANSYS软件的概率设计模块与MATLAB软件的神经网络工具箱,编制了反馈控制的实现程序,并针对预应力弦支穹顶结构的数值算例进行模拟分析。结果表明:利用建议的方法能够实现对预张力控制方案的动态调整,确保结构张拉完成时实现预期设计目标。利用一3 m跨弦支穹顶模型,通过误差可调节点对结构施加节点安装误差,基于实测结构杆件内力与节点位移,对结构模型的径向索张拉过程进行了索力反馈控制试验。结果表明:施工误差影响下,结构张拉完成时径向索力达到目标预应力值,验证了反馈控制方法的有效性。

贵州工业大学建筑空间结构的理论与实践

综述近20年来,贵州工业大学空间结构研究所在钢网格结构、预应力钢网格结构、砼网格结构及钢—砼网格结构、预应力钢—砼网架结构的理论与工程实践,总结过去,展望未来,促进我省建筑空间结构的进一步发展。

建筑索结构的类型及工程应用研究

索结构作为预应力钢结构的主要结构类型,已在国内外得到广泛应用,本文通过分析已有文献,将其归纳为悬索结构、索穹顶、斜拉结构、张弦结构、预应力网格结构、索托结构、索拱结构。详细阐述了各种类型索结构的特点及其适用范围,并结合实际工程对索结构进行详细分析。

超限大悬挑正高斯曲率平面管桁架斜交预应力空间网格结构试验研究

对一个超限大悬挑正高斯曲率平面管桁架斜交预应力空间网格结构进行了理论分析和试验验证,内容主要集中在静力方面。试验测试结果与有限元法理论分析结果符合较好,说明理论分析采用的有限元方法的可行性和准确性,也进一步证实了理论分析中所得出的预应力的正、负效应。通过模型试验,对这种新型预应力空间结构的力学性能有了更深入的认识。

大鹏展翅——深圳市市民中心工程结构设计简介

介绍该工程大屋顶分缝、与下部主体建筑的变形协调、23000KN巨型钢牛腿等重大结构设计难题。

某体育馆网架加固改造实施方案

某市体育馆为满足国内体育赛事要求,需要对场馆内原有照明、消防、通风、保温、防水等设施进行更换。因原屋顶网架结构新增荷载,导致网架有近70%的结构构件承载力不足、杆件应力超限。对网架结构采用预应力加固方法,在网架下弦适当位置增加撑杆和拉索,构成预应力网格结构,减轻了加固工作量,降低了加固周期,增强了结构竖向承载力。

基于初弯曲单元的某弦支穹顶非线性稳定承载力分析

在单元的随动坐标系下,建立了初始弯曲对杆单元轴向刚度影响的计算公式,导出了考虑初始弯曲的非线性杆单元刚度矩阵;从经典的梁-柱理论出发,给出了考虑初始弯曲的非线性空间梁单元切线刚度矩阵推导过程。将建立的初始弯曲单元应用于弦支穹顶结构算例的非线性稳定承载力分析,研究了杆件初始弯曲对结构整体非线性稳定性能的影响,结果表明,杆件初始弯曲的存在会降低结构的整体刚度和极限承载力,而在不同的初始预应力状态下,极限荷载随初始弯曲增加都基本呈线性下降,并且其关系曲线基本平行。本文建立的基于初弯曲单元的非线性分析方法,可推广应用于各种类型空间网格结构的非线性分析,为结构设计方案的选择提供更为科学的依据。

院士展望

空间网格结构由于受力合理、刚度大、重量轻、杆件单一、制作安装方便等优点,在近一二十年来获得蓬勃发展,在大跨度、大柱网的公共和工业建筑中得到广泛应用。它可用于屋盖结构,也可用于楼层结构、墙体结构和特种结构,是一类方兴未艾的空间结构体系。