四川大学博物馆结构设计重难点分析研究

四川大学博物馆采用钢框架结构体系,并设置屈曲约束支撑改善结构的抗震性能。介绍了四川大学博物馆的结构设计参数及抗震性能目标。针对结构设计中的重难点,开展了屈曲约束支撑的工作机理分析、框架柱计算长度与穿层柱分析、东侧大悬挑空间的相关分析。利用反应谱分析及时程分析探究了屈曲约束支撑工作机理,分析结果表明,屈曲约束支撑能够有效改善钢结构产生塑性铰的状况,起到保护主体钢框架的作用。针对东侧大悬挑空间的功能要求,设计采用了屋顶桁架结合钢拉杆吊挂东侧大楼梯的结构形式,通过结构防连续倒塌分析、楼板应力分析、楼盖舒适度分析、关键节点有限元分析等确保该部位结构设计安全合理。对整体结构受力机理和薄弱部位进行了研究,提出了重点部位的设计原则和加强措施。

大跨度空间网架安装方案比选与施工技术研究

为了保证大跨度空间钢网架安装的安全性、经济性和高效性,以实际工程为例,通过对钢网架安装方案进行分析与比选,确定最优方案,并结合施工过程进行验算,顺利地完成了施工。

基于关联离散变量的钢框架结构优化设计

本文提出了一种基于“关联离散变量”概念的空间钢框架结构优化方案。利用ABAQUS有限元软件的计算模块及其Python语言接口,编写子程序实现Abaqus二次开发,对空间钢框架进行离散优化设计。本文以空间钢结构总质量为目标函数,构件截面参数为设计变量,在满足结构可靠性的前提下,利用计算机程序快捷、方便地完成了整个优化设计过程,通过求解模型总质量的下限,得到了经济安全的最优设计结果,有效节省了钢材的用量。本文对空间钢框架的结构优化设计具有较好的参考价值,可为实现钢结构性能化设计提供有益的参考,进而推动钢结构设计的智能化和经济化。

狭窄空间混凝土结构制式张弦预应力外置钢支撑架单侧支模施工技术

针对狭窄空间混凝土结构施工中传统单侧支模体系植筋数量大、加固钢支架笨重、不便安装等问题,结合上海交通大学医学院附属瑞金医院消化道肿瘤临床诊疗中心项目,采用制式张弦预应力外置钢支撑架施工技术。制式张弦预应力外置钢支撑架通过调节顶撑机构的长度,使顶撑机构两端分别撑紧工字钢和组合式连接件,预应力张拉弦杆产生拉应力,工字钢受到顶撑的水平作用力抵消了混凝土浇筑时的水平作用力,从而大幅度提高施工效率、降低成本,并消除因大量植筋造成渗漏的质量隐患,确保了竖向结构的平整度垂直度。该施工技术简化了传统单侧支模架体结构、降低了钢外架整体质量、安装便利,同时钢支架设计成制式可拼拆构件,易于安拆及保存,多次循环周转使用得以实现,可为其他类似项目实施提供借鉴。

西北某高校体育馆大跨钢屋盖结构方案比选与设计

针对西北某高校体育馆钢屋盖结构方案比选,对比分析了两种屋盖方案布置的合理性和用钢量指标。采用3D3S软件对钢结构屋盖进行单独分析与设计,并采用YJK设计软件对比赛场馆上部钢结构与下部混凝土结构进行整体建模分析。最终选用双层(局部3层)正放四角锥螺栓球网架结构体系,支座四周采用3层网架变截面轻盈出挑,以实现建筑造型要求。对关键支座节点采用midas FEA进行了有限元分析验算。结果表明:采用网架变截面悬挑体系能更好地实现建筑造型,节点受力更合理且用钢量更低;支座选用双向抗震球铰钢支座,能有效减小温度应力的不利影响;关键节点采用有限元辅助分析是有必要的。

某异形空间曲面耐候钢砖幕墙结构体系设计

不同族的正(余)弦函数曲线沿高度和长度方向共同放样,可形成复杂的空间曲面。将0°、45°、90°和135°放置的耐候钢砖沿异形空间曲面进行模块化排布,可形成复杂的耐候钢砖幕墙。针对此耐候钢砖幕墙,提出了由内置异形钢框架、面外支撑和空心钢砖所组成的稳定幕墙体系,并对此幕墙体系的力学性能进行了精细化的有限元模拟分析。分析结果表明,该幕墙体系整体受力性能好,结构传力途径明确,可满足结构承载和正常使用要求,是一种能满足建筑的空间视觉与美观要求的幕墙结构体系。

大型复杂凤凰造型雕塑结构设计与施工

介绍大型复杂造型不锈钢雕塑工程从造型设计、结构建模分析、施工图设计、深化设计以及工程建设全过程,尤其对大型复杂造型雕塑结构建模和结构受力特点进行重点分析,过程中应用了三维数字扫描、3D打印、模块化建造、无纸化施工、高空吊装调平等全新技术。

装配式技术在文保建筑修缮保护中的应用

采用装配式技术对船政工业建筑遗产进行修缮和保护,与船政文化“工业化”精神和特征相契合。根据马尾船政铁胁厂现状,创新性提出铸钢节点+空间网格斜交钢框架结构体系,通过小截面锚杆静压桩等方法,减少对原结构的扰动。整体技术方案既呼应了原铁胁厂的历史,又展示了钢结构装配式技术的发展,对同类文保建筑具有良好的参考价值。

湖州太阳酒店主体结构设计与分析

湖州太阳酒店主体结构采用大直径空心球体钢斜柱框架支撑结构体系,造型结构直径为97.2 m的空心球体、典型平面呈圆环形。整个结构体系造型奇异、传力特殊,存在异形框架、空间曲面转换桁架、大跨度联方–凯威特混合型单层球面网壳等较多设计难点。通过设置径向与沿外球面竖向支撑、水平加强桁架、顶部环带桁架等加强措施,保证了结构的整体性与可靠性,可为类似工程提供借鉴。

深圳机场卫星厅工程钢屋盖结构设计研究

深圳机场卫星厅为粤港澳大湾区重要机场交通枢纽工程,屋盖设计采用建筑结构一体化的设计理念,结构方案充分考虑建筑构型需求,利用结构布置逻辑与建筑设计逻辑一致的原则,以建筑平面X形构型为基准并结合室内X形装饰效果,最终屋盖结构体系采用交叉立体桁架结构方案。4个角部指廊屋盖结构为交叉立体桁架方案,2个中央指廊采用交叉立体桁架与三角锥网架混合结构方案,整个卫星厅屋盖交叉桁架最大跨度为75m,三角锥网架最大跨度为72m,从而结构方案实现了边界条件复杂情况下的大跨度空间效果。通过建立有限元模型进行各工况下的内力分析,对结构体系的静动力性能、结构稳定性、抗震性能及节点分析等关键技术进行阐述,并对交叉桁架与三角锥网架这类混合结构施工方案进行施工模拟分析。结果表明,屋盖结构体系采用交叉立体桁架方案不仅减少了传统桁架平面外需要设置侧向支撑需求,同时在结构逻辑布置上与建筑设计理念达到了融合,实现了建筑结构一体化的设计理念。

腋板加强型节点钢框架抗震性能试验研究

为研究腋板加强型节点空间钢框架抗震性能,对1∶3缩尺腋板加强型节点空间钢框架子结构进行拟静力试验,研究荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、抗侧刚度、层间位移角、承载力退化、塑性耗能等抗震性能。试验结果表明：南、北两榀钢框架滞回曲线饱满对称,骨架曲线呈S型,层间位移角在4.29%～5.99%之间;试验过程中8个腋板加强型梁柱节点连接焊缝均未出现开裂,梁端翼缘及腹板塑性变形显著;腋板加强型节点钢框架在循环往复荷载作用下表现出良好的耗能能力,整体结构耗能较为充分;在等幅荷载作用下,南、北两榀钢框架承载力退化系数呈缓慢增长趋势,结构空间协同工作效应在一定程度上提高了钢框架承载能力。

空间钢框架几何非线性分析的新梁-柱单元

基于更新拉格朗日构形的增量虚位移原理,在其势能项中引入了全部六个应力分量,考虑了结构变形过程中由于力矩空间转动引起的连带弯矩影响及弓形效应,采用可计入单元剪切变形影响的三次多项式插值函数,详细推导了考虑剪切变形及力矩转动属性的空间钢框架梁-柱单元几何非线性切线刚度矩阵.利用框架节点的平衡条件对单元刚度矩阵进行简化,得到了结构整体的几何刚度矩阵.并通过算例证明了本方法的精确度和有效性.

空间钢框架结构的非线性全过程分析

本文采用有限变形理论及内力屈服面塑性流动理论对空间钢框架的极限承载力进行了弹塑性大变形全过程分析。理论与算例都表明，本文方法精度较高，而计算又不过于复杂。

空间钢框架二阶弹塑性稳定极限承载力分析

采用非线性连续介质力学的有限变形理论和内力屈服面塑性流动理论，对空间钢框架结构体系进行了二阶弹塑性稳定极限承载力分析，同时分析了主弯曲、非对称水平荷载对空间钢框架极限承载力的影响．经算例分析得知：如果非对称水平荷载比在0．5～2．0之间，则水平荷载的非对称性对结构的极限承载力影响很小；主弯曲对钢框架整体极限承载力的影响随结构层数的增加而减小．

空间钢框架结构的改进双重非线性分析

为了探讨三维结构的高等分析方法,给出基于UL法的严格三维单元虚功增量方程,详细推导了考虑剪切变形影响的三维梁柱单元的几何非线性切线刚度矩阵和基于三维单元简化塑性区模型的双重非线性刚度方程,并编制空间钢框架结构的双重非线性分析程序。使用包括几何与材料双重非线性的数值算例来验证方法和计算机程序的可行性、精确度与有效性。利用该程序,只需一个单元/构件即可准确预测空间钢框架结构的极限承载力与失稳模态,提高了结构的非线性分析效率。

空间钢框架连续倒塌拟静力试验

为考察钢框架结构中一根框架柱失效后,剩余结构在倒塌过程中的受力和变形情况,采用MTS和千斤顶配合的方法对二层空间钢框架结构进行了拟静力试验。试验结果显示,在倒塌过程中,框架梁的受力方式从受弯为主向受拉为主转变,当竖向位移达到200mm时,失效区域部分框架梁全截面受拉;当竖向位移接近250mm时,梁柱连接节点处焊缝发生断裂。目前应用比较广泛的H型钢全焊接刚性连接节点延性不够好,在梁形成明显的悬链线效应之前即发生破坏。采用显式动力法以准静态的加载方式对试验过程进行了模拟,建议在对含有H型钢全焊接刚性连接节点的钢框架结构进行连续倒塌分析时,采用较精确的节点模型以真实反应节点的受力。

考虑节点域变形效应的空间支撑钢框架结构二阶弹塑性分析

详细推导了基于非线性连续介质力学理论和考虑剪切效应的稳定插值函数所建立的严格三维梁柱单元虚功增量方程和切线刚度方程, 该方程包含了轴向、剪切、双向弯曲与扭转及其各耦合效应。提出的三维单元简化塑性区模型可模拟塑性扩展。建立了考虑支撑效应的节点域剪切变形模型, 该模型可更真实地反映节点域的变形影响。使用包括几何、材料非线性和节点域变形影响的数值算例来检验本文方法和所编计算机程序的可行性、有效性与精确度。算例表明: 利用该程序, 每个构件只需一个单元即可准确预测三维结构的极限荷载与失稳模态, 可提高结构非线性空间性能的分析效率。该程序可用于三维结构的非线性全过程分析, 为建立高层钢结构的高等分析方法奠定了基础。

半刚性连接空间钢框架在地震作用下的侧移分析

利用有限元软件ANSYS建立10个层数为2层、6层和10层空间框架结构模型进行了时程分析。对比了层数、连接相对刚度以及不同地震波对于框架结构楼层位移和层间位移角的影响;同时对刚性连接和半刚性连接框架柱的剪力变化情况进行了对比分析。结果表明在地震作用下梁柱连接节点半刚性的存在在一定程度上增加结构的侧移,但同时使结构的内力有所降低。

空间半刚性连接钢框架有限元分析和研究

对带双腹板顶底角钢连接以及外伸端板连接空间钢框架进行了非线性有限元分析,研究了空间钢框架的静力承载性能与节点刚度的关系,得到了不同节点刚度对空间钢框架位移和内力的影响结果,对工程应用具有一定的参考价值。

首都机场A380机库4万m^2钢屋盖结构整体提升施工技术

在首都机场A380钢屋盖结构工程中,通过对大跨度钢网架、钢桁架一次性整体提升技术的研究与应用,在结构施工过程中取得了良好的效果,也在我国大跨度钢屋盖结构施工技术领域有所突破,同时为类似结构施工技术的发展与进步起到推动作用。