框架承担倾覆力矩的合理计算方法

为理清框架倾覆力矩的相关概念区别,并给出各自合理计算方法,对计算框架、支撑、框架+支撑、局部框架或者局部框架+支撑倾覆力矩的统一解法进行总结,给出相应的力学法。指出框架倾覆力矩和框架承担倾覆力矩之间的显著区别,给出两者的异同以及建筑结构中框架承担倾覆力矩的计算原则,并进一步给出合理计算框架承担倾覆力矩的方法,即修正的统一解法。修正的统一解法适用于一般建筑结构和带竖向构件转换的结构,也适用于带伸臂框架-核心筒结构。最后对典型结构算例的框架承担倾覆力矩进行计算分析,结果合理可行。

滇中芹河隧洞软岩破碎段围岩大变形与支护结构相互作用研究

软岩大变形是滇中引水工程建设中较为突出的工程地质问题之一,以大楚段芹河隧洞4#支洞为研究对象开展软岩大变形特征及承载结构受力研究。4#支洞在施工过程中发生影响洞室稳定的问题,洞周围岩大变形不同程度侵限,导致钢拱架扭曲断裂、喷混凝土掉落现象时有发生。为了充分认识隧洞变形特征、破坏模式及成因机制,结合工程地质勘察、现场监控量测、数值反演及施工模拟分析等手段和方法对其进行综合研究。研究成果表明:破碎软岩洞段施工期围岩监测变形量大、变形速率较快,变形具有明显的时效性;围岩完整性差,洞周变形差异大;围岩以剪切破坏为主;围岩时效变形对支护结构受力影响大,部分承载结构受力超限,导致局部结构破坏。可见,针对破碎的软岩隧洞施工,需要采取超前注浆、减少减小施工扰动、及时跟进初期支护、尽快封闭成环,加强施工期围岩变形监测,选取合理的衬砌支护时机,实时指导和优化隧洞支护结构施工设计。

杭州电竞中心结构设计重难点概述

杭州电竞中心内圈主体结构采用钢框架-支撑结构,外圈采用“大倾角梭形斜柱+多段钢折梁框架”,是集承重与抗侧力于一体的结构体系,屋盖采用车辐式索承网格自平衡结构形式。详细介绍了地下结构、中央场馆结构的设计要点,门厅处利用建筑造型空间设计为多段钢折梁与跨层桁架相结合的结构形式;室内二层至三层楼面设计一浮空弧形人行桥,截面形式为薄壁钢箱梁,桥宽2.2m,跨度57m,采用“上挂下支”的稳定结构形式。对整体结构进行了静力弹性、动力弹塑性、振动台试验、典型节点有限元、整体稳定以及局部稳定等系列分析与试验。结果表明:结构在静力荷载和地震作用下强度和刚度均满足规范要求;典型节点极限承载力为荷载设计值的4.17倍;结构整体稳定性安全系数为3.79;斜柱局部稳定安全系数为2.52。合理的设计保证了结构的安全、经济和实用性。

全框支厚板转换斜交高层结构抗震性能研究

设计制作1∶15全框支厚板转换高层结构的微粒混凝土振动台试验模型,进行7度小震、中震、大震以及8度大震作用下单向、双向、三向共计44组工况的振动台试验,研究动力特性、动力放大系数、层间位移角等性能指标,揭示结构塑性损伤发展机制,进一步采用数值模型研究上部塔楼斜交角度对结构抗震性能的影响。结果表明,全框支厚板转换高层结构具有优良的抗震性能,模型结构经历8度大震后,全框支层未见明显裂缝,处于轻微损坏与完好之间,塔楼剪力墙底部和连梁端部裂缝发生明显,薄弱部位集中在3~10层;模型结构动力放大系数沿高度呈“S”形分布模式,在塔楼顶部放大明显,而全框支层的动力放大系数在不同烈度地震作用下始终处于1~2之间;塔楼斜交角度对此类结构体系动力特性和动力响应的影响很小,全框支层均能对上部不同斜交角度的塔楼起到充分的约束作用,上部塔楼承担绝大部分地震输入能量,全框支层的动力放大系数和动力响应均远低于上部塔楼,全框支厚板转换斜交高层结构体系能够实现“强全框支层弱塔楼”设计理念。

基于UEL的水电机组导轴承支架非线性连接模态特性分析

模态分析是水电机组故障诊断的重要方法,但其传统方法缺少对接触部分非线性接触的模拟手段,直接影响模态分析的准确性,也无法对链接部位的失效过程及趋势进行分析。该文基于用户自定义单元子程序接口(user-defined element subroutine interface,UEL),建立了结合部三维非线性专用分析单元模型。推导所提模型有限元格式的基本方程,获得表征材料非线性特性的本构关系;给出螺栓连接的固定结合部的静态分析,以及立式水轮发电机导轴承支架的模态分析算例;给出导轴承支架的支臂末端螺栓连接变刚度计算的工程应用实例。实验与仿真对比结果表明了建立的UEL三维非线性接触分析专用单元模型的正确性;连接失效分析表明了随着导轴承支架接触刚度的下降,会在整机模态频率计算中引入新的频率段这一结果的重要性。

形状记忆合金混凝土框架建筑抗震性能研究

地震作用会造成钢筋混凝土框架发生平面和垂直方向的变形,导致其结构受到更大的地震力,加剧损伤程度。形状记忆合金(SMA)材料在外力作用下能够快速恢复变形前形状,降低框架损伤程度,进一步提高框架结构的承载能力和稳定性。基于此,有必要研究形状记忆合金混凝土框架建筑的抗震性能。以某实际工程为例,采用ANSYS软件建立钢筋混凝土框架有限元模型,选取天津地震波、北岭地震波、印度洋地震波及人工地震波作为地震震动输入,记录地震震动下时程结果。研究结果表明,预应力筋断裂后,该结构在地震作用下的滞回曲线为饱满的旗帜形,最大层间位移为1/125,残余变形在±10 mm之间,最高峰值荷载为211 kN,水平承载力较强,表明其自复位性能较高、地震响应效果较优、抗震承载力较强,可以有效提高建筑结构的安全性和可靠性。

超高层建筑工程内爬塔式起重机附着提升拆除关键技术

内爬塔式起重机是适用于超高层建筑的一种大型设备,本研究介绍了内爬塔结构系统构造及爬升流程,通过设置支撑梁承受结构重力和塔式起重机设计荷载、设置液压油缸和内爬框架进行顶升操作,完成内爬塔结构提升。以小塔拆大塔为塔式起重机拆除原则,设计了两次屋面吊拆除过程,保障拆除工期和屋面结构安全。建立了支撑梁和内爬框架的三维实体有限元计算模型,优化支撑梁系统设计,得到了支撑梁和内爬框架在满载支撑状态下的应力和位移计算结果。结果表明,支撑系统安全可靠。

轮辐式索承网格屋盖钢结构单道胎架施工技术

泰安体育场作为山东省泰安市的新地标,其钢结构屋盖采用轮辐式索承网格结构,通过68榀径向索和1道中央环索形成张拉结构体系,最大悬挑跨度为45 m。通过数值分析对施工过程进行了精细化稳定性分析,针对不规则构件吊装的工程技术难点,进行了吊装方案的设计与优化;考虑到成本控制与施工周期,极具创新性地采用了径向单道胎架作为屋盖施工过程中的临时支撑,结合工程实际情况设计了胎架转换结构,并对单道胎架整体在多种可能的荷载组合作用下进行验算与校核。通过对体育场屋盖施工全过程的模拟以及对安装过程中的重难点进行优化分析,为现场施工的安全顺利开展提供了技术保障,可为其他类似采用单道胎架施工方法的工程提供施工方案设计的新思路。

四塔支承超大直径圆环复杂结构设计

上海临港新片区新建一幢地标建筑,该建筑为四幢46.8 m高的塔楼支承一个直径150 m、高度8.6 m的超大直径圆环,结构复杂。结构主要特点是超大直径圆环内侧采用倒三角形空间桁架、楼面梁采用变截面悬挑钢梁,四幢塔楼采用钢框架-屈曲约束支撑-屈曲约束钢板墙结构体系,超大直径圆环和四幢支承塔楼之间采用一个对角铰接、另一个对角滑动支座加黏滞阻尼器的连接方式。由于建筑师的要求,超大直径圆环横截面为外侧开口的C形截面,如何克服圆环外侧开口带来的扭转作用是设计难点。主要进行了支承塔楼的结构设计和计算分析,超大直径圆环的结构选型和抗扭性能研究,圆环和支承塔楼连接设计,支承塔楼和圆环组成的整体结构计算分析,整体结构大震下弹塑性时程分析。设计和研究成果可为圆环结构、多个塔楼共同支承一个上部结构等类似工程设计提供借鉴。

开槽机器人履带支撑架有限元分析及优化

履带支撑架作为开槽机器人履带底盘的重要支撑构件,其性能的好坏直接决定了开槽机器人的使用寿命。为进一步提高履带支撑架的结构可靠性并避免履带支撑架在使用中产生共振现象,文中基于有限元分析软件Ansys Workbench对履带支撑架进行有限元分析,通过静力学分析得出履带支撑架的变形及应力情况并针对履带支撑架的不足之处提出改进方案,改善了履带支撑架的应力分布情况,使其结构更加合理。然后对改进后履带支撑架进行模态分析,得出前10阶的固有频率与最大位移,反映出履带支撑架在不同频率下的动态特性。经过对履带支撑架的有限元分析,可以得出其结构的合理性,并为履带支撑架的机构设计与使用情况提供理论参考。

软土地层隧道围岩分区初期支护技术研究

软土地层通常具有较低的承载力和较高的压缩性,隧道开挖过程中极易发生变形和坍塌。为了控制围岩的变形和破坏,确保施工安全,提出软土地层隧道围岩分区初期支护技术。通过合理规划围岩压力监测点,采集压力数据;利用简化的锚杆、钢架及岩体结构面,构建初期支护本构模型;计算锚杆与钢架的最佳间距和长度,并以此为依据设计复合支护结构,实现围岩分区初期支护。结果表明:所提方法隧道沉降位移较小、塑性区分布面积较小。体现了支护技术的有效性,具有较好的应用价值。

厚板转换全框支剪力墙结构振动台试验抽层简化模型设计与分析

为研究厚板转换全框支剪力墙结构的整体抗震性能,并检验该结构转换厚板的有效性,在重庆大学土木工程学院振动台实验室开展了缩尺模型结构的模拟地震振动台试验,试验对象为某36层车辆段上盖建筑。本文阐述了厚板转换全框支剪力墙结构振动台试验中模型的设计过程;介绍了测点布置与加载方案;对比分析了不同抽层简化方案对结构的影响。研究结果表明,对于厚板转换全框支剪力墙结构,抽层后依据刚度与强度等效原则调整构件截面能有效降低简化模型与原型的误差;抽层起始位置应被保证距离试验重点研究楼层不低于3层;连续抽层层数为1层时误差最小,建议选择连续抽层层数为1层。

甘溪特大桥空腹三角区施工阶段受力分析

甘溪特大桥是主跨300 m的空腹式连续刚构桥,空腹三角区上弦箱梁采用可伸缩部分立柱后支配合挂篮悬浇,下弦箱梁采用全斜拉扣挂法配合挂篮悬浇。为分析采用该施工方法在三角区临时结构体系中的受力特性,总结三角区临时结构体系施工过程中受力变化规律,验证施工方法的有效性,并提出临时扣索和支撑立柱的最佳解除时机,采用有限元结构分析软件模拟全桥施工过程。结果表明:采用该工法施工,结构受力满足规范要求。三角区施工过程中,已施工的上、下弦箱梁以受压为主,受下一节段混凝土浇筑、立柱支顶、扣索张拉等工序影响,其间会出现短暂轻微受拉状态。三角区合龙完成时,箱梁截面以受压为主,局部存在轻微受拉。全桥合龙后三角区箱梁为全受压状态,较三角区合龙状态压应力增加明显。临时扣索、立柱拆除后,上、下弦箱梁出现了明显的应力重分布,但仍为全受压状态。临时扣索索力峰值均出现在三角区合龙完成前,三角区合龙后总体呈下降趋势,临近拆除前有所回升。后方临时立柱在施工过程中支撑力总体呈下降趋势,前方立柱呈上升趋势,临近拆除前立柱支撑力增幅均较大。经比选,推荐全桥合龙后先拆立柱、再拆扣索。

三层正放四角锥预应力网架稳定性分析

网架以其优良的工程性能成为大跨度结构的首选结构类型之一。为改善传统网架结构在大跨度条件下变形大、用钢量大的缺陷,文中通过对网架施加预应力的方式,达到增强结构整体刚度和承载能力的目的。预应力的施加必然会对网架的稳定性能造成影响,其中支承形式对网架结构的稳定性影响较大。并通过对网架施加不同预应力后进行稳定性分析,得到不同预应力布索方式对网架稳定性影响,为网架的实际工程建设提供参考。

新型潜油电泵轴承支持架拆装装置的研究与应用

潜油电泵在油田机械采油方面应用非常广泛,由于长期在井下工作,潜油电泵结垢腐蚀、磨损现象严重需要进行检维修,但在机组拆卸时,存在轴承支持架拆卸困难、员工劳动强度大、工作效率低等问题。由移动平台(移动小车、启动柜、电动机、减速机、安全护罩、机械手)和固定平台组成的潜油电泵轴承支持架拆装装置,作业中改变了拆卸方式,移动平台的电器部分,实现拆装自动化,解放了人工,机械手定位准确,综合消减了人工操作带来的安全隐患,固定平台支撑稳固牢靠,均达到安全操作目的。应用于1000余台次的潜油电泵轴承支持架拆装维修,累计创效42.6万元,该项探索提高了安全操作系数和工作效率,对同类设备拆装作业具有良好的借鉴意义。

大跨度高速铁路连续刚构桥转体施工监测与控制技术

为解决跨运营高速铁路连续刚构桥转体施工稳定性和安全性问题,以新建福州至厦门铁路西溪特大桥为研究对象,在分析新建高速铁路连续刚构桥与既有铁路线关系的基础上,提出“支架现浇+转体施工”的施工方案,并采用现场实测法研究转动称重关键参数。针对转体施工总体工艺,提出转动体系施工控制措施、转动平衡控制措施、转动牵引力及制动距离控制措施。研究结果表明,转动过程的平顺性验证了转动称重关键参数的准确性;在正常匀速转动阶段,梁体转动角速度变化平稳,平均转动角速度为1.12°/min,墩柱沿纵桥向和横桥向的姿态稳定;转动完成后轴线最大偏差为3.5mm,满足规范限值要求。

宽幅喷杆喷雾机振动传递特性分析与试验

宽幅喷杆喷雾机作业过程中,田间路面激励和拖拉机自身的振动导致喷杆发生振动,喷杆末端触地现象频发,对雾滴沉积均匀性和喷杆寿命产生很大影响。为抑制喷杆振动对喷雾质量的影响,解译喷杆振动传递特性,以幅宽为24 m的喷杆式喷雾机为载体,通过试验模态分析获得固定支撑方式下喷杆的约束模态信息;对被动激励源之一的支撑架进行运行模态分析获取工况工作频率,并在此基础上通过建立支撑架的有限元模型以阐明药箱液位对支撑架模态参数的影响。最后,通过试验获得机械激励和不同工况下喷杆振动的时、频域信号,结合模态分析结果,分析了主、被动激励源对喷杆振动传递特性的影响。结果表明:喷杆的前8阶试验模态频率均低于120 Hz,模态振型以弯曲变形为主,变形主要分布在喷杆的第一段和末端;发动机的2阶惯性力频率与喷杆的第3阶试验模态频率43.562 Hz接近,支撑架前16阶运行模态的固有频率与前8阶的喷杆模态频率范围重合;机械激励下,0~150 Hz频率范围内的响应包含整个喷杆的模态特性,且在该频率范围内振动在传递过程中存在很大损失;在怠速工况下,喷杆振动主要由发动机的2阶惯性力所致,振动主频为40 Hz,支撑架模态对振动的影响忽略不计;颠簸路面工况下,喷杆振幅随着行驶速度的提升而增加,主振频率在20 Hz和120 Hz处,而平滑路面工况下振动信号几乎不受行驶速度的影响;药液负载下,激励源与药液晃动的耦合振动增加了喷杆的振动响应,且药液还增加了支撑架结构的质量和阻尼,对支撑架振动有抑制效果。研究结果可以为喷杆结构的优化设计与减振提供理论依据。

狭小场地内大悬挑钢桁架连廊施工技术

为了提高钢结构连廊施工质量,以某超高层项目为背景,提出了对大跨度钢结构连廊施工方案技术的设计与方案研究。该项目主楼、裙房通过3~5层钢桁架连廊连通,钢连廊整体跨度大、造型复杂、安装精度高、施工难度大,且连廊施工后会存在主楼及裙房的不均匀沉降。研究拟根据现场实际工况,对钢桁架进行合理分段、节点处设置支撑、施工全过程模拟分析、优化节点形式,为后续狭小空间内大跨度钢连廊施工提供借鉴。

弹支干摩擦阻尼器对带有轴承共腔结构涡轴发动机的减振特性

为研究弹支干摩擦阻尼器在带有轴承共腔结构的涡轴发动机减振特性,基于阻尼器动静摩擦副的运动特征,提出弹支干摩擦阻尼器位于轴承共腔结构处的附加刚度和阻尼的计算方法,建立了弹支干摩擦阻尼器与涡轴发动机耦合的有限元模型。通过数值求解,分析不同支点阻尼器对涡轴发动机各阶模态减振效果及阻尼器对可控模态的减振机理。基于以上工作提出了阻尼器各阶模态减振设计方案。结果表明,通过设计弹支干擦阻尼器的支点位置、个数、正压力及控制转速区间等参数,可实现阻尼器对带有轴承共腔结构涡轴发动机各阶模态振动的有效控制,最大减振比达95.6%。

循环周转型临时看台支承架体重复对比试验研究

为积极响应国家走绿色可持续发展道路的号召,北京冬奥会采用了大量支承架体用于临时看台或舞台的搭建。为研究赛后的临时看台支承架体能否安全合理地被再次使用,以索氏不锈钢插销式节点临时看台支承架体为研究对象,设计并制作了一个横纵均为2跨且跨度为2 m的足尺模型试件,共进行了两次试验,即在首次水平加载试验结束后,将该试验架体搭建在室外,经历长时间严寒风雪后再重复做一次试验,重点对比分析了其在4种不同恒载与水平荷载组合作用下的整体结构变形模式、力学性能及典型位置峰值应变等。研究结果表明:在恒载为0.0 kN∙m^(-2)、0.5 kN∙m^(-2)、2.0 kN∙m^(-2)和3.5 kN∙m^(-2)的工况下,两次试验中架体结构的试验现象及变形模式基本相同,力学性能差值在5%以内,典型位置处峰值应变差值在10%以内,累计损伤较小。两次试验结束后结构均未出现明显损伤,仍具有较大安全储备,所以在经历长时间的严寒风雪后,临时看台支承架体仍可以被重复使用。研究结果可为北京冬奥会临时设施架体的赛后利用等研究提供参考。