计算双向张弦结构下弦索曲面形状的非线性有限元法

根据平屋顶双向张弦结构索的平衡荷载与索曲面及索拉力之间的关系,给出了下弦索网所在曲面的偏微分方程.提出了用考虑索拉力产生的应力刚化作用的大变形几何非线性有限元法计算平屋顶双向张弦结构下弦索网曲面形状的方法,并给出了该方法的计算过程.通过理论分析给出了屋面为曲面时下弦索网的形状变化规律.通过算例介绍了有限元法确定下弦曲面的计算过程,并验证了计算结果的正确性.本文给出的计算方法物理意义明确,计算过程简单方便,计算结果准确可靠.

基于结构优化的大跨张弦平面桁架经济性分析

以最小用钢量为目标函数,考虑应力、位移和稳定性等约束,采用二次优化法对大跨平面张弦桁架的截面面积和索力进行了优化设计,并建立了以最小造价为目标函数的优化模型,参考市面上各种钢管和钢绞线的报价,提出了考虑结构位移和稳定性约束条件下钢管直径、厚度的最优造价优化法.分别对大跨预应力张弦平面桁架和非预应力张弦平面桁架进行优化,通过算例分析得出大跨预应力张弦平面桁架相对于非预应力张弦平面桁架经济上的优越性.

不同失效模式下平面张弦梁结构受力全过程刚度变化

针对现有关于平面张弦梁结构受力全过程中刚度变化规律研究不够系统化的不足,采用理论推导、有限元分析和试验验证等策略对此问题进行深入分析。首先,运用一阶方法推导简化平面张弦梁结构模型在外荷载作用下的跨中竖向位移和杆件内力的计算公式。在此基础上,研究上弦抗弯刚度及上下弦轴向刚度比这2个参数对结构竖向整体刚度的影响规律。最后,分析多个平面张弦梁结构模型在受力全过程中的刚度下降程度。结果表明:当各参数在常用范围内取值时,上弦抗弯刚度对结构整体刚度的影响不大。该结构的多种承载破坏模式均具有脆性破坏的特征。

几何缺陷对张弦梁预应力张拉影响的力学分析

用有限元方法分析了张弦梁结构上弦平面外几何缺陷在预应力张拉过程中可能造成的力学影响,比较了张弦梁结构不同的上弦截面形式对平面外几何缺陷的敏感性,指出张弦梁上弦采用H形截面时,张弦梁结构可能具有对上弦平面外几何缺陷的敏感性,施工过程应考虑这一因素;张弦梁上弦采用平面外刚度较大的箱形截面时,可避免结构对上弦平面外几何缺陷的敏感性,施工时可在地面将张弦梁一次张拉到位,避免高空预应力张拉的不便,减小施工难度.

双向张弦结构下弦拉索曲面的找形方法

根据双向张弦结构索的平衡荷载与索曲面及索拉力之间的关系,给出下弦索网所在曲面的偏微分方程和边界条件;提出先进行复杂边界条件自平衡索网找形,再进行平面索网平衡荷载下变形计算,然后叠加计算下弦索网曲面形状的方法;通过算例介绍有限元法确定下弦曲线的过程,验证计算方法的正确性。给出的计算方法物理意义明确、计算过程简单方便、计算结果准确,适合各种复杂边界条件的双向张弦梁设计。

张弦桁架施工阶段平面外稳定性研究

通过吊装阶段的动力分析,对张弦桁架结构平面外稳定性进行了研究,分析了张弦桁架动态吊装过程对结构平面外稳定的影响,指出在正常设计条件下,吊装过程中结构的平面外稳定性是较易满足的。

张弦桁架面外支撑设置研究

设置面外支撑是提高张弦桁架面外稳定性的有效措施之一。以某实际张弦桁架工程为背景,采用线性屈曲法对该结构进行面外稳定性分析,研究了支座边界条件、弦杆局部失稳、面外支撑布置对结构稳定承载力的影响。研究结果表明,约束张弦桁架支座处截面扭转是必要的;当支撑系统刚度较大时,弦杆局部失稳将大幅降低结构稳定承载力;面外支撑布置方式的改变影响结构的失稳模式,该文的结论可为类似工程的面外支撑系统设计优化提供参考,并为后续结构的非线性稳定分析提供依据。

张弦梁平面外弹性稳定性能研究

无平面外支撑的张弦梁在平面内受荷过程中可能发生平面外失稳。该文首先将张弦梁的平面外失稳分为索撑体系的失稳和张弦梁整体失稳,并采用平衡法和能量法对索撑体系的稳定性进行研究;其次对于张弦梁平面外整体失稳,指出将撑杆和拉索的作用等效为集中力、提取钢梁进行稳定设计的方法并不安全;该文采用Ritz法建立张弦梁的势能方程,结合势能驻值原理,得到张弦梁在全跨均布荷载和纯弯荷载下的平面外弹性屈曲荷载,结果与有限元吻合较好。该文得到的张弦梁平面外屈曲荷载计算公式对其平面外稳定设计具有参考作用。

世博会主题馆钢结构设计与分析研究

主题馆作为2010年上海世博会"一轴四馆"核心建筑群的重要组成部分,建筑平面南北向217.8m、东西向288.0m,其中,西侧展厅为126m×180m无柱大空间。针对屋盖跨度大、整体结构超长且平面不规则等特点,对屋盖结构体系选型和下部框架支撑体系选型进行了详细比选,最终,屋盖采用了由索撑张弦桁架与立体桁架组成的长度为270m的4跨连续梁结构,下部钢框架采用了钢支撑与粘滞阻尼支撑形成的混合支撑框架体系。对结构设计中的一些关键问题进行了分析研究,得到以下结论:与局部抽空方案相比,屋盖满堂支撑方案下结构整体性较好;滑动支座与预应力拉索的合理应用,提高了屋盖结构效率,同时释放了屋盖对下部结构水平推力;混合柱间支撑方案既满足结构抗侧刚度的要求,同时有效降低了超长结构温度作用内力;东侧展厅变截面箱梁方案综合兼顾了建筑形式、结构受力以及设备管线穿行的要求。

迁安文化会展中心平面张弦梁结构稳定性研究

对于平面张弦梁结构设计,结构体系撑杆平面外稳定是结构设计的关键因素。以迁安文化会展中心平面张弦梁结构为分析实例,通过改变上弦梁与撑杆的连接方式及不同的预应力度、撑杆抗弯刚度、次梁抗弯刚度,建立仿真计算模型。考虑结构初始几何缺陷,对此类结构的稳定问题进行分析,得出了撑杆约束条件、预应力度对平面张弦梁结构整体稳定性能的影响规律。进一步提出基于结构体系稳定安全的节点力学性能化设计方法,对于直梁式平面张弦梁结构设计具有一定的指导意义。

平面型弦支结构体系及超越雪荷载下的弹塑性分析

平面型弦支结构体系是一种被广泛认可和应用的新型预应力大跨度结构体系。对平面型弦支结构在形态分析、静动力性能和施工过程分析等方面的研究现状及工程应用情况进行综述,指出关于平面型弦支结构弹塑性分析缺乏的现状。结合近年来频发的暴雪灾害,指出超越雪荷载下开展平面弦支结构弹塑性分析的必要性。在超越雪荷载作用下,数值模拟平面型弦支结构弹塑性极限状态的发展过程,得到平面弦支结构在全跨和半跨超越雪荷载作用下的屈服机制和失效机制,并给出其内力重分布规律和荷载传递规律,为实际工程在超越雪荷载下的分析和设计提供理论依据。

平面张弦结构的平面内整体稳定性研究

本文对平面张弦结构的平面内整体稳定性进行了分析与研究。按平面张弦结构的构成特点,提出下弦索对提高张弦结构整体稳定性的回复力模型,推导了平面张弦结构的屈曲平衡方程,得到了张弦结构的一阶屈曲临界荷载。将理论值与有限元计算结果进行了比较,证明了理论推导公式的准确性。研究结果表明,与两铰拱相比,张弦结构的整体稳定性有很大幅度提高。对平面张弦结构各类型(张弦梁、张弦拱、系杆拱与拱形张弦拱)的整体稳定性进行了分析与比较,讨论了竖腹杆设置数量对整体稳定的影响。按保证整体稳定性考虑,给出了上弦拱为圆管时对截面惯性矩的控制要求。

平面张弦结构分析与受力特性研究

本文简述了平面张弦结构体系的结构形式与组成特点,包括张弦梁、张弦拱、系杆拱与拱形张弦拱,并对各自的适用范围进行了讨论。对平面张弦结构的统一解进行了进一步简化,使理论公式计算方便、直观精确。对平面张弦结构的受力特性进行研究,包括结构的线性性能、上弦构件抗弯刚度的贡献、结构受力特点,并对张弦结构不同形式的跨中挠度与支座水平位移进行分析比较。有关成果对平面张弦结构的研究与设计有较好的指导意义。