Nonlinear study of the dynamic behavior of a string-beam coupled system under combined excitations

In this paper,the nonlinear dynamic behavior of a string-beam coupled system subjected to external,parametric and tuned excitations is presented.The governing equations of motion are obtained for the nonlinear transverse vibrations of the string-beam coupled system which are described by a set of ordinary differential equations with two degrees of freedom.The case of 1：1 internal resonance between the modes of the beam and string,and the primary and combined resonance for the beam is considered.The method of multiple scales is utilized to analyze the nonlinear responses of the string-beam coupled system and obtain approximate solutions up to and including the second-order approximations.All resonance cases are extracted and investigated.Stability of the system is studied using frequency response equations and the phase-plane method.Numerical solutions are carried out and the results are presented graphically and discussed.The effects of the different parameters on both response and stability of the system are investigated.The reported results are compared to the available published work.

带悬臂的张弦梁拉索-支座节点力学性能研究

为得到带悬臂的张弦梁拉索-支座复杂节点在不同工况下的力学性能变化规律,以及在设计荷载组合下的破坏模式,结合某大跨度张弦梁实际工程,通过建立多尺度有限元模型以及现场试验的方法研究了该节点在张拉过程中的应力、应变分布特征;通过局部节点有限元分析得到了节点的极限承载能力及破坏模式;并针对其受力特征对节点构造及壁厚进行优化。结果表明在施工及使用阶段,该节点应力均处于弹性范围内,满足力学性能要求;节点的破坏荷载约为设计荷载组合的3.2倍,破坏模式为耳板上拉索孔区域受拉破坏;优化后节点的应力分布更加均匀且合理,承载能力提高。

某不规则多层长途汽车站结构设计及分析

某不规则多层长途汽车站工程主要由长途客运站、公交首末站、换乘连廊及站台雨棚组成。长途客运站主体结构采用框架-剪力墙结构+张弦梁屋盖。换乘连廊采用单排柱柱顶铰接的排架结构。主要介绍了具有多排斜柱、扭转不规则、楼板大开洞、凹凸不规则等多项不规则的长途客运站的抗震性能设计、屋面张弦梁结构设计;分析了钢箱梁+钢筋混凝土Y形分叉柱的换乘连廊的结构特点;剖析了钢箱梁考虑剪力滞效应和受压局部稳定影响的有效截面宽度的计算及Y形分叉柱与横梁、Y形分叉柱柱墩支座选型的设计要点。分析结果表明,所采取的合理结构设计确保了结构安全。

预应力张弦梁钢支撑系统力学性能分析

为明晰预应力张弦梁钢支撑系统的力学性能,应用MIDAS/GTS有限元分析软件对预应力张弦梁钢支撑系统及周围土体进行三维模型仿真模拟;获得围护结构位移、基坑变形、预应力张弦梁钢支撑系统变形特性和内力变化规律,并与施工现场的监测数据进行对比分析。研究表明,基坑位移的数值仿真结果与现场监测数据基本吻合。在不同工况下,围护结构的垂直位移沿着垂直范围变化较小,靠近基坑角隅部分受到两个方向的约束作用,围护结构位移较大的区域集中在基坑长边中部区域。随着开挖深度增加,基坑附近沉降分布表现为抛物线形,沉降最大值发生在基坑长边,且距离基坑长边越远沉降值越小。预应力张弦梁钢支撑系统受力均匀,布置合理,钢对撑与钢角撑能够较好的承受水平土压力,张弦梁结构可以提升围护结构,保证基坑工程的安全。

单层菱形网壳屋盖滑移施工空间张弦梁加强方案研究

目前,滑移施工技术多用于双层或多层网格结构,单层屋盖滑移施工罕见,尤其是单层屋盖整体滑移施工。整体滑移对结构刚度和施工技术均有较高要求,有效控制滑移过程中过大的挠度与局部应力超标情况是顺利施工的关键,尤其对于整体刚度较弱的大跨度单层网格结构。为控制屋盖挠度和应力,基于北京星火站交通枢纽工程提出了空间张弦梁加强方案。通过有限元分析研究撑杆位置、数量与高度对结构刚度的影响。研究发现,空间张弦梁结构能有效控制网壳挠度,单撑杆和双撑杆张弦梁结构效率较高。

张弦梁结构中应用摩擦摆支座的数值模拟分析

在分析了张弦梁结构的自身结构特性后,提出采用摩擦摆柱顶隔震的方法作为该类结构的隔震措施。从理论上研究了张弦梁结构采用摩擦摆隔震的工作机理,并在Abaqus中进行实体建模对比分析了张弦梁结构在隔震与非隔震情况下在大震、中震及小震下的动力反应。结果表明:1)通过设置摩擦摆隔震支座,辐射式张弦梁结构的节点加速度响应得到了有效的控制。2)通过设置摩擦摆隔震支座,辐射式张弦梁结构的杆件动内力得到有效控制,不同部位的杆件控制效果有所差异,上弦杆的内力依然较大,建议在结构设计时对上弦杆适当增加截面尺寸或采用高标号钢材,以保证结构在多遇地震的作用下各个构件均处于弹性工作状态。3)通过设置摩擦摆隔震支座,支撑柱的柱脚反力有所减小,起到了对支撑柱的保护作用。

预应力张弦梁钢支撑在某基坑工程中的应用

通过分析张弦梁钢支撑的组成构件、受力特点来研究其在基坑工程应用上的优点;并结合某基坑工程应用案例,来分析张弦梁钢支撑与传统基坑支护方案的区别,张弦梁钢支撑的预制构件可回收重复利用的优点使其在绿色环保低碳方面有较大的优势。张弦梁钢支撑可施加预应力且对张弦梁钢支撑的轴力进行实时监测,并结合现场位移沉降等监测数据,从而实现预应力的实时调节,达到控制基坑变形的目的,这些优点使得预应力张弦梁钢支撑支护系统在深圳地区得到较好的推广。

乌鲁木齐国际儿童医院门诊大厅结构设计

乌鲁木齐国际儿童医院由门诊医技楼、病房楼等部分组成,总建筑面积为240000m^(2)。主要介绍了门诊医技楼主体结构设计、入口雨棚设计、大厅屋盖、分叉柱、倒梯形截面设计等多个施工技术问题。通过结构选型对比分析,主体结构采用减震框架结构,雨棚和大厅屋盖均采用单层网壳结构,经济合理的同时保证了建筑效果。通过传力路径分析和有限元计算,对网壳结构进行了单体模型和总装模型的对比研究,重点分析了结构的变形问题,对整体网壳进行了几何非线性和材料非线性的整体稳定性分析,对倒梯形截面采用截面替换的方式进行了补充分析,对支座等关键部位进行有限元分析以满足受力和稳定性的要求。

张弦桁架梁预应力技术在游泳馆的应用研究

随着我国钢结构建造技术的不断提高,预应力工程技术也从成熟的预应力混凝土结构,向预应力钢结构体拓展应用,这种预应力钢结构组合体属于新型空间结构,具有重量相对较轻、用钢量减少、抗震性能好、造型美观、加工速度快、安装工期短等优点。本研究以监利文体中心游泳馆预应力张弦桁架梁结构工程为例,对预应力张弦桁架梁钢结构施工技术应用进行了分析研究,可供类似工程借鉴。

某网球中心轮辐式张弦梁屋盖结构设计与分析

某网球中心屋盖由环形雨棚和中央屋盖组成,两者的平面投影为同心的椭圆形,环形雨棚采用钢桁架结构,中央屋盖经过方案比选采用轮辐式张弦梁结构,均上覆半透明PTFE膜。首先对屋盖的风荷载、积雪荷载、温度荷载取值进行了研究,然后在上述基础上对中央屋盖张弦梁拉索的初始预应力值确定、支座形式、整体稳定性、防连续倒塌、关键节点进行了专项分析。结果表明:中央屋盖自重平衡时,长、短轴张弦梁拉索轴力最大分别为745、490kN;中央屋盖采用径向滑动,切向固定铰支座形式较为合理,其中径向允许位移限值为30mm。采用静力失稳模态法引入整体初始几何缺陷,对网球中心中央屋盖进行双非线性稳定性分析,网球中心屋盖稳定承载力系数满足安全要求;采用拆除构件法中的非线性动力方法进行防连续倒塌分析,网球中心屋盖不会因为张弦梁拉索破断而出现连续倒塌;对网球中心屋盖关键节点进行了专项设计和精细的有限元分析,节点安全可靠。

中韩城市馆屋盖结构设计

中韩城市馆屋盖结构呈双向自由曲面形态,大空间区域的竖向主受力方向采用单向张弦梁结构,由张弦梁上弦及其平面外的刚性连接系杆共同组成水平刚度较大的单层正交刚架。各榀张弦梁的几何参数随建筑外形变化,跨度主要为45 m、72~90 m。设计时考虑了结构的风荷载和雪荷载敏感性,以及可能存在的极端降温工况,明确了适用于本项目的索松弛控制指标,通过分析验证了结构整体和关键节点的受力性能。

基于IDA的下弦与撑杆改进构型张弦梁结构的地震易损性分析

采用IDA方法进行地震易损性分析,已成为评估建筑结构抗震性能的常用方法之一。为探究下弦与撑杆改进构型张弦梁结构的抗震性能,使用ATC-63推荐的15组地震动记录数据,选择地震动强度参数结构第一自振周期结构阻尼系数为5%的反应谱加速度S_(a)(T1,5%),并以一阶振型中最大位移点的竖向挠度作为评价指标进行研究。基于有限元软件ANSYS对该结构进行模拟,通过对比时程分析结果,分析不同损伤状态下改进构型的张弦梁结构的抗震性能概率。研究结果表明:在面对大型地震时,此改进构型的张弦梁结构表现出卓越的抗震性能,拥有显著的防震潜力,且结构倒塌的风险较低。

某项目张弦梁结构屋面参数化设计

某项目钢结构屋面采用张弦梁结构体系,张弦梁的撑杆在平面外和平面内均呈V字形,下弦节点在施工时采用可滑动的节点以保证施工时初拉力的顺利传递。结构的计算分析过程在Grasshopper参数化平台上展开;找形分析通过动力学模拟插件Kangaroo利用逆吊找形法实现,保证了参数化建模和结构计算分析的连续性;下弦拉索找力分析依靠Grasshopper的参数化功能通过手动调整法和模拟退火算法完成,模拟退火算法操作简单且计算速度快;对V形支撑张弦梁下弦拉索进行了不平衡索力下的拉索滑移模拟,采用优化的冷冻-升温法,通过编程完成索力的提取、虚拟初应变的计算和施加以及结构的有限元分析等反复迭代过程,完成了下弦拉索节点两端索力平衡的目标,也证明了本方法的可行性和高效性。

高性能预应力胶合木张弦梁长期受弯蠕变模型研究

为探究蠕变对预应力张弦梁的影响,通过长期荷载作用下预应力胶合木张弦梁受弯试验,将蠕变模型与试验数据进行拟合,得到蠕变模型的相关系数及变化规律。研究结果表明,幂律模型和对数模型拟合整体相关系数的平方(R^(2))分别为0.99和0.98,力学模型拟合整体相关系数的平方(R^(2))为0.83,此研究结果表明幂律模型能够较为准确地预测预应力胶合木张弦梁的蠕变规律。

下弦与撑杆新构型张弦梁结构的抗连续倒塌性能

由于传统张弦梁结构冗余度较低,下弦预拉索遭受意外作用断裂时易导致结构发生连续倒塌。通过改进传统张弦梁撑杆、下弦等杆件构型与连接形式,提出一种新型张弦梁结构。基于ANSYS/LS-DYNA程序平台,采用考虑初始状态的等效荷载瞬时卸载法,对具有不同撑杆交叉角度和交叉撑杆组数量的多个新型张弦梁结构模型进行抗连续倒塌分析。结果表明:合理设计后,任一段下弦失效时,交叉撑杆将代替失效处下弦为结构提供备用传力路径,新型张弦梁结构不会发生连续倒塌,但会导致下部撑杆内力骤增,下部撑杆设计需预留较大承载余量;撑杆交叉节点越靠近下弦,剩余结构空腹桁架作用越明显,承载能力越好;交叉撑杆组数越多,结构冗余度越高,新型张弦梁结构抗连续倒塌性能越优。

张弦梁采光顶结构设计关键技术分析

张弦梁结构是一种预应力结构体系,优点众多,在大跨空间结构建筑体系中应用广泛。结合工程案例,以张弦梁结构在采光顶中的应用为研究对象。分析预张力的确定、垂跨比对力学性能的影响、撑杆数量及间距的设置、上弦杆截面刚度的影响和支座节点等。通过分析结果得出优选建议,为张弦梁结构形式的采光顶结构设计提供技术参考。

大跨度轮辐式张弦梁构件失效后力学行为研究

以具体案例为依托,对大跨度轮辐式张弦梁结构的构件重要性进行分析并排序,探讨不同因素对关键构件重要性的影响,基于显示动力积分法模拟关键构件瞬间失效后的结构响应,考察结构在关键构件意外失效时的力学行为。分析结果表明:内环下弦杆、拉索、支座及靠近支座处上弦梁段为关键构件;单独增大上弦截面刚度时,各关键构件重要性随之降低,单独增大垂度、初始预应力时,拉索及支座的重要性随之提高,其余关键构件重要性随之降低;拆除内环下弦杆后,结构缺乏有效的备用荷载路径,内力重分布代价较大,局部区域出现严重变形,其余关键构件失效后,环梁为主要备用荷载路径;各关键构件瞬间失效后结构动力效应明显且不相同,对于此类结构,在分析时应考虑构件失效前的初始状态。

装配式张弦梁钢支撑结构力学性能分析

为明晰装配式张弦梁钢支撑系统中预应力张弦梁结构的力学性能,采用ABAQUS有限元软件对张弦梁结构进行数值模拟分析.通过张弦梁撑杆预应力、撑杆截面尺寸、冠梁截面尺寸和桩基侧向刚度等影响因素分析张弦梁钢支撑的受力性能.利用MIDAS有限元软件对张弦梁钢支撑进行整体建模分析.结果表明:张弦梁靠近对撑部分的拉杆的承载能力对整个张弦梁的承载力起决定作用;增大撑杆预应力和桩基侧向刚度对张弦梁钢支撑承载能力有明显增强;增大撑杆截面和冠梁截面对张弦梁系统的承载能力提高不明显;张弦梁钢支撑系统的基坑位移处于预警值范围内,支撑系统对基坑位移有较好的控制作用.

大跨度多曲面异形张弦梁钢结构施工技术的应用

为解决大跨度多曲面异形张弦梁钢结构施工中存在的难题,通过有限元分析软件对结构进行整体建模和找形分析,对张拉过程进行模拟,并确定每个索构件的下料长度,同时确定最合理的预应力张拉顺序施工方案。在完成BIM+全站仪定位放线、双拼式标准节支撑架搭设、大跨度张弦梁分段空中拼装等施工后,通过分组分级对称同步张拉等工艺进行张弦梁预应力拉索的施工,同时在整个施工过程中对整个结构主要受力构件进行全程实时应力应变监测,保证了预应力加载过程中的结构安全性,最终实现大跨度多曲面异形张弦梁钢结构屋盖的顺利施工。

某会展中心展厅异形复杂大跨结构选型与设计

黄河三角洲农产品交易服务中心含5个展厅和一个会议中心,均为大跨复杂结构,介绍了展厅屋盖结构选型、主体结构与贝壳造型幕墙刚架一体化分析设计,以及针对超长、大跨、大悬挑等特点采取的计算及构造措施。探讨了1#展厅屋盖张弦钢拱架结构的形态确定、索张力控制、单榀拱架和整体结构计算比较、包络设计、整体稳定分析等问题。针对5#展厅斜柱支撑的屋盖结构及下部支撑屋面的分叉柱分别进行了整体分析和细部有限元分析。结果表明整体结构满足设计要求,具有良好的工作性能。