随州公共活动中心结构设计

随州公共活动中心是体型复杂的多馆合一式综合性城市公共建筑,具有平面单向超长、质量分布明显不对称、大跨度、大悬挑、顶板大开洞等特点。在对该结构体系进行了重难点分析的基础上,采用现浇预应力钢筋混凝土框架+屈曲约束支撑的减震结构体系,利用屈曲约束支撑解决平面单向超长造成的扭转,同时使结构形成多道抗震防线;大跨度楼盖采用预应力密肋楼盖控制结构高度;针对顶板大开洞的嵌固端问题提出了具体的加强措施。提出了针对该类结构的BRB布置及减震参数设计,通过有限元数值仿真分析论证了BRB的减震效果。针对超限情况提出了抗震性能目标及抗震措施。

湖北省科技新馆结构设计

湖北省科技新馆为大跨度、大悬挑的复杂高层结构。利用4个电梯井筒布置了由矩形钢管混凝土柱+钢支撑(钢板墙)组成的4个筒体巨柱,巨柱支撑着由4榀斜拉长悬臂跨层钢桁架组成的巨梁,形成新型大跨巨型钢框架结构体系。4个筒体巨柱内采用BRB+摇摆耗能墙的新型联合减震方案以减小地震作用;4榀巨梁内设置斜拉索以减小大悬挑区域的竖向变形;中庭沉浸影院采用新型的“上挂下支”的双曲面网壳结构体系,采用了内衬圆钢管的相贯焊节点保证网壳节点的刚性连接。进行了BRB+摇摆耗能墙大震下的减震分析、桁架与柱连接复杂铸钢节点的有限元分析及节点试验、3层和4层大悬挑角部的舒适度分析及人致振动实测及长悬臂结构的低周往复荷载试验。结果表明:湖北省科技新馆结构体系布置合理,各部分满足设计要求。

型钢拱架日光温室结构稳定性能及参数分析

型钢拱架日光温室结构的主要受力构件长细比大,暴雪等极端灾害天气下易引发结构失稳灾变。针对此问题,该研究利用弹塑性力学理论和非线性有限单元法,建立型钢拱架日光温室结构精细化有限元模型,开展雪荷载下日光温室稳定性能分析;通过对型钢截面类型(平椭圆形截面、箱形截面和几字形截面)、温室跨度(8、10和12 m)、雪荷载分布形态(分布厚度非均匀和分布区域不对称)等参数下日光温室失稳全过程分析,分别确定日光温室稳定承载力,揭示雪荷载分布对日光温室稳定承载力的量化影响;结合日光温室的荷载系数-位移全过程曲线和不同加载时刻点的变形图、应力图、轴力图与弯矩图,从直观现象和内在本质两个层面深入探明日光温室的静力失稳机理。分析结果表明:在保证不发生平面外整体失稳的前提下,当型钢截面面积和翼缘宽度相同时,相较于箱形截面型钢、几字形截面型钢,采用平椭圆形截面型钢拱架的日光温室稳定承载力分别提高了19.2%和44.2%;跨度对日光温室稳定承载力的影响较大,与8 m跨度相比,10、12 m跨度的日光温室的荷载系数分别下降了27.1%和57.9%;相较于均匀分布雪荷载,在非均匀分布雪荷载下日光温室的稳定承载力最大下降63.8%;相较于不设置拉杆和撑杆的情况,单独设置拉杆的日光温室稳定承载力最大可提高9.0%,单独设置撑杆的日光温室稳定承载力最大可提高66.8%。该研究得出的结果和给出的建议可为型钢拱架日光温室结构抗雪设计、稳定性研究和防灾分析提供技术指导和理论参考。

大跨度齿板连接木桁架搁栅楼盖竖向振动性能试验研究

为研究齿板连接木桁架搁栅楼盖的人致振动响应,对12m跨度齿板连接木桁架搁栅楼盖振动性能进行了足尺试验研究,分析了横撑和隔墙对木楼盖振动特性、楼盖刚度的影响,分析了单人步行荷载和自由落体冲击荷载作用下木楼盖的振动响应。结果表明:木楼盖前三阶振型符合预期,单跨木楼盖的基本自振频率在8Hz以下,低于连跨形式木楼盖的基本自振频率;安装横撑和设置隔墙都可以增加木楼盖的前三阶频率;在不同位置安装横撑均可提高木楼盖的刚度,减小木楼盖的静态挠度,均匀安装4排横撑可将楼盖中心静态挠度降低47.5%;不同方向步行荷载激励下木楼盖的振动响应略有不同,纵向行走而致的振动响应较大,横向较小,安装隔墙后木楼盖中心的振动响应能降低40%左右;木楼盖的纵向振动传递大于横向和斜向两个方向,安装隔墙有助于木楼盖振动的传递。

中原文旅城欢乐世界一期雪世界高区结构设计

中原文旅城欢乐世界一期雪世界高区结构体系采用巨型钢框架,存在结构扭转不规则、楼板缺失、大悬挑、竖向构件间断及钢桁架平台为重载大跨钢结构等不规则情况和设计难点。设计中采用基于性能的抗震设计方法,根据构件的重要程度采用不同的性能目标。4个巨型框架柱为支撑框架结构,其支撑采用屈曲约束支撑,使结构在大震作用下形成良好的屈服机制和耗能能力。对结构进行小震反应谱法弹性分析、弹性时程分析、中震弹性分析以及大震弹塑性分析。结果表明,结构整体和构件的抗震性能均能达到设计的预期目标;巨型钢框架结构体系较好地适应了本工程的实际情况,可供类似项目在选择结构体系时参考。

新型盘扣式支架整体稳定性研究

盘扣式支架作为桥梁和公路现浇箱梁施工的常用支架,其整体稳定性对工程安全至关重要。目前对桥梁和公路跨度多变的特点探讨斜杆布置形式随着跨度变化对支架稳定承载力影响的研究鲜有报道。为研究新型盘扣式支架的整体稳定性,首先,根据已有的文献试验结果验证ABAQUS模型的正确性,然后,对不同跨度和斜杆布置形式的9个新型盘扣式支架有限元模型进行稳定承载力分析。结果表明:无斜杆布置的架体跨度超过10.5 m后,承载能力不再随跨度增加而提升;有布置斜杆相较于无斜杆布置,在承载能力上有显著提升,但当支架跨度达到13.5 m时,隔1跨与满跨布置斜杆在提升承载能力方面的差异不大。

中小学校大跨操场屋面结构常见工程问题及新型楼盖体系介绍

随着近些年深圳中小学校建筑新建筑形态和功能布局的不断变化,学校使用方陆续反映新建筑中的大跨度操场屋面结构存在诸多工程问题。对此提出了相应的解决思路和办法,同时推荐了一种新的高效且高舒适度大跨楼盖结构,为该类建筑提供了一种新的结构解决方案。进一步通过实际案例的数据对比分析,说明了该结构的诸多优势,如该结构体系将大部分构件的弯剪内力转化为轴向力,使结构材料的利用率提高、工程量减少、工程造价大幅降低;又由于大部分构件的弯剪变形也转化为轴向变形,使得结构的总体变形得到较好的控制,楼盖的舒适度也有了较大的提升,因此是一种非常适合于这种大跨操场屋面的结构。为了更好地推广该结构,最后提出了该大跨结构的设计构造措施要点和避免屋面裂缝的应对措施。

强震区高墩大跨连续刚构桥轻量化设计与减震研究

为保证强震区高墩大跨连续刚构桥抗震充分安全,提出了使用轻质材料及波纹钢腹板减重的轻量化设计和在双肢薄壁墩间设置阻尼耗能装置的两种方案。采用Midas Civil建立某双肢薄壁墩大跨连续刚构桥有限元模型,选取3条人工地震波及3条常用地震波对其进行动力时程分析。同时综合对比了双肢薄壁墩顺桥向设置RC系梁、防屈曲支撑(BRB)和转动铅耗能阻尼器对其减震性能的影响。结果表明:采用波纹钢腹板箱梁和轻骨料混凝土进行轻量化设计能明显提升桥梁的抗震性能,墩顶及墩底弯矩最大降低约20%,减重设计可作为提高桥梁抗震性能的有效途径。相比于传统RC系梁,设置BRB(斜撑)和转动铅耗能阻尼器能显著降低地震作用下桥墩的受力,墩顶位移和墩底弯矩最大分别降低约15%和30%,且BRB和转动铅耗能阻尼器耗能良好。轻量化设计和减震控制可作为高墩大跨连续刚构抗震性能提升的有效措施。

单吊点、无风撑梁拱组合体系桥梁受力特性分析

单吊点、无风撑梁拱组合体系桥梁造型新颖,但与常规梁拱组合体系桥梁相比,其受力存在差异,拱肋面外稳定问题突出。因此,研究了在恒载作用下的矢跨比、拱轴线、拱梁刚度比和吊杆倾角4个结构设计参数对结构内力和拱肋面外稳定性的影响,得出的结论是:大矢跨比可以降低拱肋轴力、提高面外稳定性,有效降低拱脚弯矩,但会增大拱顶弯矩;直线型的拱轴线可以更好地贴近于压力线,拱肋受力形式表现为轴压,但其面外屈曲系数有所降低;拱梁刚度比越大,拱顶承担荷载能力就越强,可以降低拱脚弯矩,并提升拱肋稳定性;较大的吊杆夹角可以改善拱肋的受力和面外稳定性。最后,针对各项参数的取值给出了建议,可供类似工程设计参考。

大跨度张弦梁结构的地震响应分析

本文分析了预张力的大小、撑杆的数目、地震的行波效应和结构约束条件对大跨度张弦梁结构地震响应的影响。结果表明:结构的初始地震响应随着索内预张力的增大而增大,然后逐渐趋于接近,与预张力大小无关;撑杆的数目和位置对结构的地震响应影响很小;与地震波的一致输入相比,考虑行波效应的索应力响应峰值增大62.9%,竖向位移响应峰值增大36.2%;张弦梁结构的地震响应对支座约束条件很敏感,约束条件改变,地震响应改变很大。

基于改进遗传算法的大跨机库柱间消能支撑的位置优化研究

大跨维修机库动力特性复杂,针对该类结构的减震研究则刚刚起步。结合大跨机库的地震响应特点,采用布置柱间消能支撑来进行机库结构地震响应的被动控制。结合减震结构优化模型特点与主要优化算法的数学原理,选取遗传算法作为结构减震装置位置优化分析工具,并在Matlab遗传工具箱基础上进行改进以提高寻优效率,通过编制目标函数程序实现改进遗传算法在结构被动控制系统位置优化分析中的应用。最后设置两类不同的适应度函数,分别进行机库结构减震位置优化与考虑阻尼器耗能效率的减震方案优化分析,结果表明遗传算法以及相应的优化程序可以有效地实现机库结构减震位置优化分析。

不同连梁跨高比带暗支撑双肢剪力墙抗震性能试验研究

为探讨不同连梁跨高比带暗支撑双肢剪力墙的抗震性能,进行了 2组连梁跨高比分别为 1. 0和1. 5的 4个 4层双肢剪力墙 1 /4缩尺模型的抗震性能试验研究。较系统地分析了结构的刚度及其退化过程以及承载力、延性、耗能、破坏机制和破坏特征等。结果表明,连梁跨高比相对小的带暗支撑双肢剪力墙抗震性能较好。承载力计算结果与实测值符合较好。

某大型复杂结构地震响应与控制研究

针对某大型复杂结构的地震响应及控制策略进行了研究。首先,建立该结构的整体有限元模型,采用Ritz向量法对结构进行模态分析,研究该复杂结构的振动特性,基于位能加权平均法求解了该复杂结构等效阻尼比;随后,研究了不同布置型式下粘滞消能支撑的受力特点和计算模型;最后.对该结构进行减振设计,分析了不同消能支撑布置形式下的减振效果。结果表明,采用消能减震装置能有效降低复杂结构的地震响应,且并不改变结构体型;同等减震效果前提下,采用人字形支撑比采用斜撑更为经济。本文工作可供类似的大型复杂结构减震设计参考和借鉴。

利用加设钢支撑改变单跨框架结构体系的抗震加固效果研究

单跨框架结构大量存在于中小学建筑中,中小学建筑已提高到乙类设防,根据抗震鉴定标准GB50023-2009,框架结构不宜为单跨框架;乙类设防时,不应为单跨框架。单跨框架是一种抗震严重不利体系,缺乏冗余约束,易发生整体倒塌。若从构件加固层次提高建筑的抗震性能,不但造价高、施工复杂,而且效果也不明显。加设支撑是一种改变建筑结构体系的方法,本文结合工程实例,讨论了加设钢支撑后原结构性能变化以及加固过程中应该注意的问题。研究表明,利用支撑改变结构受力体系,可以明显改善结构性能,提高抗震能力。

斜靠式钢管混凝土异形拱桥非线性稳定分析

斜靠式拱桥是在无风撑拱桥基础上发展起来的一种新型拱桥结构型式.针对此类钢管混凝土异形拱桥的特点对其非线性稳定求解机理和方法进行了分析介绍,以一座拟建的大跨径斜靠式拱桥为例,采用通用程序ANSYS建立该桥的空间有限元计算模型,分工况对其成桥状态进行了线弹性、几何非线性和双重非线性稳定分析计算.同时分析了其主要结构参数(矢跨比、斜拱倾角、横撑数量及位置)对非线性稳定性的影响.计算分析发现:斜靠式拱桥的失稳形式一般表现为面外拱肋侧倾失稳;几何非线性对斜靠式拱桥稳定极限承载力影响较小,要准确的分析其稳定极限承载力必须采用双重非线性的分析方法;横向静风和桥上荷载分布对结构稳定有一定影响而对结构变形影响显著;结构稳定性与矢跨比和斜拱倾角增加均成正比,靠近拱脚和L/4处横撑对结构稳定性影响较大.

防屈曲耗能支撑对大跨越输电塔风振控制研究

针对大跨越输电塔在风荷载作用下振动响应显著时有倒塔事故发生,以海门电厂至汕头500 kV输出线路大跨越干字型输电塔工程为例,提出了新型双套管防屈曲耗能支撑(BRB)在输电塔线体系中的应用,并数值模拟了空间相关的风速场。实例结果表明,防屈曲耗能支撑的风振控制效果显著,并可优选最佳方案。

索支撑空间网格结构强震下破坏模式研究

索支撑空间网格结构是一种采用独特网格形状、网格形式、曲面形态的新型单层网壳结构,其在强震下破坏模式和其他单层网壳结构不同,具有一定的特殊性。为此,本文基于有限元软件ANSYS,同时考虑几何非线性和材料非线性,对3类矢跨比的椭圆抛物面索支撑空间网格结构进行弹塑性时程分析,考察结构位移与应力等响应指标,研究索支撑空间网格结构地震作用下破坏模式。通过典型算例的计算分析,得到索支撑空间网格结构两种主要的破坏类型,第一类是随着荷载幅值的增加,结构位移增加明显,结构破坏有一定征兆;第二类是随着荷载幅值的增加,结构位移增加不明显,结构破坏较为突然,没有明显征兆。在破坏模式成因方面提出拉索破坏是影响结构破坏模式的一个重要因素。另外,文中还考察了破坏过程中位移与应力的分布发展状况。

弹性支承单层柱面网壳稳定性

本文运用非线性有限元全过程分析方法 ,结合新建的成都双流机场候机楼屋面大跨度单层柱面网壳 ,对弹性支承的大跨度单层柱面网壳结构的稳定性进行了分析 ,对比了不同支承条件、不同矢跨比和不同杆件截面对弹性支承的单层柱面网壳稳定性的影响 。

特大跨度四线深埋隧道施工工法研究——以乌蒙山2号出口车站隧道为例

针对特大跨度四线铁路隧道,其开挖面积相当于6倍普通单线铁路隧道,开挖成洞难度大,尚无成功先例。以六(盘水)沾(益)铁路乌蒙山2号出口四线车站隧道工程为背景,通过数值模拟和现场监测,开展特大跨度隧道施工工法研究。研究结果表明:1)通过"撑索转换",即利用"外锚"替换"内撑",实现拱部临时支撑的安全拆除,降低拱部支护体系转换过程中的施工风险,并且突破传统软岩隧道施工中拆撑步长、跳拆等限制,提高了拆撑安全性及灵活性,同时为后续施工提供了较大的工作面。2)通过"以索代撑",即利用锚索取代临时横撑,避免临时撗撑拆除风险,使得开挖更加灵活。3)采用三台阶"撑索转换"及"以索代撑"施工工法,实现了特大跨度隧道台阶法施工。

钢筋混凝土带腋撑框架结构(英文)

提出了一种设置带腋撑的新型钢筋混凝土(含预应力混凝土)框架结构。该结构由常规的钢筋混凝土框架结构以及设置在节点区的腋撑组成。腋撑的上、下端分别和框架梁、框架柱刚接。腋撑的设置,改变了框架梁端、框架柱端的设计控制截面的位置,大幅度减少了框架梁端、框架柱端的设计控制截面的弯矩值、剪力值,并且大幅度减少了框架梁跨中的挠度。试验结果表明,该新型结构具有良好的性能。该新型钢筋混凝土带腋撑框架结构适用于单层或多层大跨度的混凝土结构房屋建筑以及土木工程构筑物,有广泛的应用前景。