圆管带式输送机桁架结构轻量化设计

为了解决圆管带式输送机桁架结构设计常参照经验而使用钢量浪费的问题,提出基于实验设计(DoE)的优化设计方法。分析圆管带式输送机桁架承受的荷载组合情况,在Ansys workbench中按照桁架的最不利荷载组合施加荷载,找出危险杆件;对杆件截面设计尺寸进行参数相关性分析,选取敏感度较高的控制参数,通过拉丁超立方抽样和非参数回归方法建立响应面模型,采用多目标遗传算法(MOGA)进行多目标优化。结果表明:优化后的桁架结构整体质量减轻32.8%,实现了结构轻量化;同时,杆件应力比均有所增加但满足强度和刚度要求,杆件截面利用更加充分。

基于数据驱动的桁架优化设计方法

针对目前圆管带式输送机桁架有限元分析和优化方法中存在的过程繁琐以及仿真速度、目标性差等问题,提出了利用数据驱动方法来优化改进圆管带式输送机桁架的方法,从而简化有限元分析和优化过程,减少分析和优化时间。首先明确桁架的加载方式及荷载值,运用控制变量法、数值模拟法及工程经验选取桁架最终构型并进行有限元分析。其次以实际仿真值作为输入值,建立基于数据驱动的优化网络模型。最终在不超过最大应力的条件下,利用优化网络模型获得桁架质量的寻优结果。结果表明,基于数据驱动的优化方法在圆管带式输送机桁架优化上具有快速性和准确性的优势,能够满足工程需要。

基于响应面法的管状带式输送机桁架结构优化设计

以HF-SSJ-60型管状带式输送机为研究对象,介绍一种基于响应面法的管状带式输送机桁架结构设计方法。该方法先根据原输送机桁架结构特点设置设计变量,并通过中心复合试验的方式确定样本点。然后以此为基础,通过优化数学模型及粒子群优化算法的方式对桁架结构进行优化,从而得到更加良好的桁架结构,确保桁架受力特性符合要求的同时,降低桁架质量,确认该方法具有一定应用价值。

杭州云城北综合体1号塔楼结构设计

杭州云城北综合体为总高度399.8m超高层,是杭州在建第一高楼。通过多方案的计算对比分析确定带状桁架的最优位置,加强结构侧向刚度和调节外框柱轴力分布及变形,减小外框剪力滞后效应影响;采用两种三维有限元程序ETABS及YJK对塔楼结构进行了重力和风荷载作用下受力分析,研究了结构在地震作用下的动力特性;根据塔楼竖向体型及楼层质量沿高度分布情况,对规范刚重比计算指标进行修正,塔楼整体稳定满足要求;通过对结构在6~7度罕遇地震下的弹塑性时程分析表明,结构罕遇地震作用下损伤部位较少,结构抗震性能良好。

中信城市广场三期B地块办公楼超高层结构设计

中信城市广场三期B地块办公楼主塔采用密柱框架-核心筒+环带桁架混合结构体系,针对此密柱网混合结构体系的结构特点和性能目标要求进行了抗震性能化设计并分类归纳总结,提出一系列结构加强措施。通过增设适宜刚度的环带桁架加强层从而增强外框架刚度;加强层楼板采用钢梁+钢水平撑+钢筋桁架楼承板以可靠传递加强层外框架与核心筒间的剪力;分叉斜柱角度控制在10°范围以内,采用型钢混凝土节点设计;通过设置钢框梁连接墙肢内嵌型钢暗柱形成整体墙内约束型钢边框可以进一步有效地提高底部和加强层核心筒的延性与增强组合结构整体承载能力。分析结果表明:通过各项措施后结构满足设计要求,整体性能安全可靠。

深圳某300m超高层塔楼结构设计

深圳某超高层塔楼建筑高度为300m,结构高度为289m,塔冠高度11m。结合建筑体型及结构受力要求,结构体系采用“稀柱框架-混凝土核心筒-环带桁架”结构体系。根据虚功原理,以风荷载下的结构顶点位移为控制目标,对各个环带桁架的敏感性进行了分析,确定了环带桁架加强层的最佳布置方案。利用环带桁架的“虚拟伸臂”效应可以有效降低核心筒在水平荷载作用下的倾覆力矩,增大结构的抗侧刚度,减小结构的水平变形,并最大程度减小建筑使用功能的影响。对环带桁架加强层楼板的进行了详细的受力分析,并提出了有效的建议及加强措施。

恒丰贵阳中心超限高层结构设计

恒丰贵阳中心1号塔楼建筑高度为373.6m,采用钢管混凝土框架-钢筋混凝土核心筒混合结构体系。主体结构存在超过混合结构最大适用高度、扭转不规则、局部转换等不规则项,属于多项超限高层结构。分析了不同嵌固端的设置、加强层封闭环带桁架的设置、核心筒角部与外框架柱相连的楼面梁的连接方式对结构性能的影响,并根据结构的性能目标,开展了中震弹性分析和大震作用下的弹塑性分析。结果表明,结构设计合理,中震作用下双向层间位移角分布具有规律性,结构整体有着较富余的刚度和承载力,满足中震抗震性能目标的要求;大震作用下结构主要抗侧力构件没有发生严重破坏,部分构件屈服耗能,结构性能满足抗震设防性能目标的要求;收缩徐变使高层建筑结构产生较大的竖向变形,必须对结构进行考虑收缩徐变的施工过程分析。

超高层钢结构环带桁架施工关键技术

环带桁架是一种超高层建筑结构构件,与加强的上下弦楼板形成“虚拟伸臂”,增加结构的抗侧刚度,减小结构的变形。本文针对超高层环带桁架施工这一难题,依据现场塔吊吊装工况,运用Tekla软件重新对构件进行分块,并对不同构件节点,设计耳板和卡板等固定措施。同时,设计了一种支撑胎架用于桁架安装的临时支撑,采用Midas Gen有限元软件对胎架拆除后桁架竖向变形进行分析。采用间隔焊接的方法来避免桁架应力集中。结果表明,用塔吊吊装、设置临时胎架支撑、高空散拼的施工思路能有效地解决超高层带状桁架施工难题。该施工技术为超高层环带桁架施工提供参考。

某超高层结构方案选型分析与对比

广州某超高层建筑地上63层,地下6层,屋面结构高度288 m,幕墙顶总高度296 m。针对该超高层建筑的特性,受业主要求,从受力性能和经济性出发,对带加强层(腰桁架、伸臂)的钢管混凝土柱框架+混凝土核心筒结构体系两种混合结构方案和型钢混凝土柱(圆形、方形)、圆钢管混凝土柱混凝土梁框架+混凝土核心筒3种钢筋混凝土结构方案共5种方案的可行性、优缺点和经济性进行了对比分析,带腰桁架加强层的钢管混凝土柱框架+混凝土核心筒混合结构体系其综合成本造价最优,施工工期短,确定为最终的结构方案,可为今后相似条件的结构选型提供一定的借鉴作用。

深业泰富银盈大厦结构选型与性能化设计

深业泰富银盈大厦位于深圳市罗湖笋岗片区,超高层塔楼为集办公和底部商业为一体的综合体。介绍了主塔楼的结构体系选型与性能化设计。塔楼结构高度为244.1m,地上53层,地下5层。结构体系采用带腰桁架的钢管混凝土框架-钢筋混凝土核心筒混合结构体系,外框架由钢管柱与型钢梁组成。结构立面呈下部、上部矩形,中部收缩为类椭圆形,外框柱中部呈曲线布置而产生一系列的斜柱。重点分析了加强层的布置对抗侧刚度的提高效应,分析了不同加强层方案对结构性能的影响,介绍了斜柱引起的水平构件内力变化,针对结构特点采用了相应的抗震加强措施。最终通过合理的结构设计,保证塔楼整体结构与构件满足抗风与抗震的性能要求。

空间巨型斜撑外框架的加强层关键节点分析

某金融中心办公塔楼采用空间巨型斜撑外框架+劲性钢筋混凝土核心筒+外伸臂钢桁架结构体系,针对塔楼第三加强层中巨型斜撑与双层带状桁架、巨柱相连节点,根据节点汇交构件的受力特点和截面形式,采取有效的构造措施,以达到传力直接和施工方便的要求。建立精细化的ABAQUS实体有限元模型,采用合适的边界条件和荷载施加方式,给出节点在大震不屈服荷载工况下的应力分布,验证了节点构造形式的合理性,设计节点满足“强节点弱构件”的原则。

斜拉式免支撑顶板后浇带施工技术

针对传统顶板后浇带施工工艺特点,提出一种斜拉式免支撑顶板后浇带施工技术。预埋拉钩和拉结钢筋组成斜拉体系,约束后浇带悬挑结构因自重荷载导致的变形;在后浇带两侧悬挑结构中嵌入桁架板,作为后浇带混凝土浇筑底模;利用数值模拟验证方法的可靠性并将其应用于实际工程中。结果表明,该方法能在保证施工质量的前提下免除支撑脚手架体的搭设,提高架体材料周转率;节省施工空间,为后浇带附近其他工序的交叉施工提供便利。

天池能源南露天煤矿原煤带式输送机布置优化

针对露天矿由于原煤破碎站移设导致的带式输送机位置不合理造成的带式输送机布设工程量大的问题,以新疆天池能源有限责任公司南露天煤矿为背景,在分析原煤带式输送机布置特点的基础上,提出多带式输送机交叉条件下的南露天矿112带式输送机布置方案;并以带式输送机布设工程费用最低为原则,从经济角度进行方案对比分析,确定南露天矿112带式输送机布置方案,采用填方加桁架联合架设方式对该方案进一步优化,最终降低112带式输送机布设工程量。结果表明:采用填方加桁架联合架设方式可显著提高原煤带式输送机系统整体可靠性并降低布设难度,实现了天池能源南露天煤矿经济效益的最大化。

高温环境下曹氏胶带机通廊廊身结构试验研究

以高温环境下曹氏胶带机通廊廊身钢桁架结构为背景,针对该通廊结构变形的试验值与理论值、应力的试验值与理论值、自由振动频率和扰动频率,依据现场加载试验过程中构件节点连接、焊缝、结构薄弱处构件、连接缺陷均未出现工作损伤现象,分析结果表明:该结构自身具有一定的安全强度储备,可以判定维持原设计使用年限继续服役。成果为类似工程结构的检测、鉴定、加固提供借鉴。

某曹氏胶带机通廊廊身结构动载试验研究

目前对于既有胶带机通廊廊身钢桁架结构的现场试验研究仍然较少,文章以某曹氏胶带机通廊廊身钢桁架结构为背景进行动载试验研究。为确保动载试验数据结果安全可靠,进一步从动挠度、动应力数据的理论值和试验值对比以及差值、差值变化率、增值4个方面进行论证分析,动挠度及动应力的试验值、差值、差值变化率、增值分别与理论计算结果基本一致;因此可以确保此试验结果安全可靠,研究结果可为类似工程提供借鉴。

上海环球金融中心结构设计

上海环球金融中心为超高层建筑,高度为492m,地下3层,地上101层,是国内目前在建的最高建筑,采用了外围为巨型桁架筒与内部为钢筋混凝土的筒中筒结构。着重介绍该工程的体系特点、基于性能的抗震及抗风计算原则及方法、整体计算结果、静力弹塑性分析结果、整体及节点模型试验结果、内核心筒的转换、非贯通式外伸臂桁架的布置及设计、周边带状桁架与巨型斜撑及周边小柱的设计原则、独特的箱型截面形式及节点连接方式、顶部钢结构的设计及减震装置的设置等。上海环球金融中心工程设计和施工技术对于进一步推动我国超高建筑技术的进步与发展将会起到积极作用。

超高层建筑结构环带桁架的研究与设计

框架-核心筒结构是超高层建筑中最常用的结构体系之一。当结构抗侧刚度不足时,在设备层设置水平伸臂桁架可以显著增大结构的抗侧刚度,减小结构位移,降低水平荷载作用下核心筒的倾覆力矩。但是传统的伸臂桁架设置会带来一系列问题,例如容易引起结构刚度、结构内力的突变,产生较大的附加内力,连接节点复杂,施工周期长等。而环带桁架加强层可以很好地避免这些问题。在水平荷载作用下,环带桁架加强层核心筒的转动受到加强层楼板的约束,使环带桁架上、下弦所在楼板产生方向相反的移动趋势。由于变形协调,环带桁架弦杆会随着楼板变形,而外围框架柱约束了环带桁架的移动,在外框柱中产生了一对方向相反的竖向力偶,可以有效减小核心筒的倾覆力矩,减小结构的变形,起到"虚拟伸臂"的作用。针对环带桁架的"虚拟伸臂"的作用机理进行了深入研究与分析,利用数值计算模型对环带桁架的位置、高度及环带桁架层楼板的厚度进行了参数化分析,并结合实际工程案例,对考虑"虚拟伸臂"效应的环带桁架的设计提出了合理化的建议,为"虚拟伸臂"在更多工程中的应用提供了理论指导及设计依据。

重庆塔结构设计

重庆塔是总高度430m的超高层建筑,建筑造型呈下大上小,采用钢管混凝土斜柱框架-核心筒-环带桁架结构体系,无伸臂加强层。对该工程结构特点与结构体系的选择进行了阐述,针对超限情况提出了相应的抗震措施以及抗震性能目标,依据相关规范及风洞试验结果,对结构设计方案及整体性能进行了详细研究,对斜墙转换、加强层比选、大直径钢管混凝土柱计算长度取值、防连续倒塌分析等进行了探讨。结果表明,整体结构及构件的抗震性能均能满足抗震性能目标要求,结构防连续倒塌分析满足要求,结构体系合理、有效、安全。

武汉绿地中心主塔楼异形环带桁架设计研究

武汉绿地中心主塔楼结构高度475m,采用了12根巨柱+核心筒+9道环带桁架+3道伸臂桁架+角部巨柱间支撑的抗侧力体系。环带桁架的弦杆在平面上紧贴弧形的建筑边界布置,在立面上随建筑的形体也有一定角度的倾斜;同时,相邻设备层之间的楼层次结构重力柱也支承于环带桁架上,使其成为中国目前400m以上级超高层建筑中首个兼作次结构转换桁架的空间异形环带桁架结构。通过分别建立ETABS杆系模型与ANSYS整体板壳有限元模型,研究了重力柱作用下空间异形环带桁架在竖向荷载下的受力特点以及相应的结构设计对策;基于空间向量理论并结合建筑需求,研究并建立了空间异形环带桁架的定位设计方法;针对重力柱与环带桁架连接关键节点,开展了节点构造设计,并进行了节点有限元分析;采用拆除构件法对环桁架进行了抗连续倒塌分析,以确保结构有合理的冗余度。目前项目主体结构已经封顶,证明了上述分析、研究及设计对策保障了异形环带桁架及整个结构的安全性。

基于Ansys Workbench的圆管带式输送机桁架结构的有限元分析

以圆管带式输送机的一段桁架梁为研究对象,采用DesignModeler建立了桁架梁的三维模型,通过Ansys Workbench软件对桁架梁结构进行静力分析,得到桁架梁结构的等效应力和位移云图,对桁架梁的强度和刚度条件进行校核,并以最大等效应力为约束条件,对桁架梁的截面角钢进行尺寸结构优化,通过相应曲面分析和目标驱动优化分析找到设计优化点,使优化尺寸既能满足强度的要求,又能减少用料,达到降低成本的目的。