Fully Stressed Design of Fink Truss Using STAAD.Pro Software

This paper presents study of optimization of Fink Truss by Fully Stressed Design (FSD) method using STAAD.Pro software version STAAD.Pro V8i (SELECT series 5). Three spans of the trusses have been considered and each truss has been subjected to 27 types of load cases by changing nodal load locations. Central node load has been kept constant in each truss as 100 kN. Three sets of load condition is taken, viz, 100 kN, 120 kN and 150 kN. Total 81 trusses have been analyzed in this study to achieve a target stress of 100 MPa. Steel take-off for each case and maximum displacement for each case have been calculated and compared in this study and it shows that weight does not always increase with increase in the span or height. Results of the study could be helpful in designing a truss that does not waste material.

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。

中垂线遗传融合算法研究

为改善遗传算法的局部寻优性能和收敛速度,提出了一种将遗传算法和中垂线相算法结合的融合算法——中垂线遗传算法。中垂线遗传算法以遗传算法进行全局搜索,再以中垂线算法进行局部搜索。并将中垂线算法中的单一种群分化为双种群,将双种群中的优秀个体进行耦合交叉和变异,提升改进算法的全局搜索能力和跳出局部最优的能力。仿真实验讨论了算法转换系数的变化对改进算法性能的影响。通过与6个算法的对比实验,证明改进的中垂线遗传算法解决了传统遗传算法收敛速度慢和局部寻优能力弱的问题。并且与主流优化算法和其他遗传融合算法相比,改进的算法性能更加优越。最后,利用改进算法处理了三杆桁架的设计问题。结果表明:中垂线遗传算法在处理实际问题时具有可行性。

桁架式四旋翼无人机异形机架优化设计

随着多旋翼无人机的广泛应用,其外形的个性化需求越来越受到关注。以杆单元建立了桁架式机架的初始模型,在模型上预设不同的孔或空腔结构,再以杆单元最大许用应力为约束,进行以轻量化为目标的拓扑优化,获得了不同外形的四旋翼无人机机架。结果表明:保持电机和载荷位置不变,机架整体结构都为“X”形;改变孔的形式和位置,能够获得具有不同外形、质量和柔度的机架;预设通孔、沉孔和空腔后的模型优化结果分别呈现平行悬臂、邻接强化悬臂和邻接弱化悬臂的结构。优化结果可为多旋翼无人机机架的异形设计、个性化设计提供参考。

A METHOD OF ADJUSTING BAR-LENGTH OF STATICALLY INDETERMINATE TRUSS FOR INCREASING ITS LOAD CAPACITY

Based on the character of the internal force distribution of the statically indeterminate truss, the elements stresses were changed by adjusting the length of bars to increase load capacity of structure. The efficiency of the method is illustrated by several examples.

山区钢桁梁斜拉桥设计和工程应用研究

随着交通强国和乡村振兴等国家战略的实施,我国山区桥梁建设的数量和规模与日俱增。文章调研世界范围内2113座山区桥梁(含中国1521座),分析山区桥梁的建设难点和应用现状,阐明山区斜拉桥的关键设计技术,研究山区钢桁梁斜拉桥主梁、主塔及斜拉索的方案选型及构造设计,探讨适用于山区条件的新型斜拉桥施工方法。结果表明:我国是世界上山区桥梁建设最多的国家,贵州省又居我国首位(34.4%)。山区斜拉桥通常具有大跨径、高塔墩、小边主跨比和结构不对称等特点,运输施工易、装配程度高、抗风性能好、抗震性能优和景观造型美的结构设计成为山区桥梁的主流趋势。钢桁梁比钢箱梁斜拉桥更适应于山区的建设条件,公路钢桁梁斜拉桥一般采用两片主桁,N形桁式,主桁高度为6~9m,节间长度为6~12m,梁上标准索距为12~16m。主桁横向联系采用华伦式,桥面系常用板桁组合体系,斜拉索则主要采用钢绞线斜拉索。新开发的缆索吊机法和节段纵移悬拼法解决了山区斜拉桥主梁整节段起吊、运输和拼装的难题,可供类似桥梁借鉴和参考。

上跨铁路2×85 m预应力混凝土连续板-桁组合双层转体桥设计

莞番高速与环莞快速路共线段上跨广深铁路主桥为2×85 m双层桥面板-桁组合桥,该桥为国内首座预应力混凝土连续板-桁组合双层桥,采用转体法施工。下层桥面宽41.7 m,采用密横梁体系的肋板式混凝土梁,满足上跨铁路时对结构养护维修工作量小的要求;上层桥面宽37.9 m,采用“钢弦杆+正交异性钢桥面板”,降低转体质量;钢弦杆与混凝土肋板间以钢桁腹杆连接,避免混凝土腹板出现裂缝等问题。建立空间有限元模型对结构静力特性、抗震性能及转体施工阶段进行计算分析,结果表明:本桥钢主桁及下层混凝土梁应力、结构刚度均满足规范要求;下层采用混凝土结构,符合转体施工过程中的受力状态,最大悬臂阶段上缘仍有约4 MPa的应力储备,充分发挥了混凝土抗压性能好的优势,节省了钢材。研究结果可为双层桥上跨营运铁路的桥梁设计提供新思路。

西咸自由贸易企业服务中心超高层建筑结构设计

西咸自由贸易企业服务中心地处高烈度区,与渭河断裂之间的距离约2km,应考虑近场效应。项目采用钢管混凝土框架(钢梁)+钢筋混凝土核心筒混合结构,存在扭转不规则、刚度突变、有加强层和通高层等不规则项。为提高结构刚度,在避难层设置了2道伸臂桁架加强层。采用YJK、MIDAS Building软件进行了小震弹性对比分析,采用YJK进行了小震弹性时程分析。根据设定的抗震性能目标,对主体结构主要部位和关键构件进行了性能化设计;采用SAUSAGE软件进行了罕遇地震作用下的动力弹塑性时程分析;采用ANSYS软件对伸臂桁架关键节点进行有限元分析。结果表明:各项指标均符合设计要求,结构及构件均达到预设性能目标,结构体系合理,安全可靠。本工程部分墙体为钢板混凝土剪力墙,设计中应注重钢板混凝土剪力墙的构造措施,施工中应采取措施控制钢板变形。

基于在轨组装维护的多载荷协同观测卫星平台构型设计

针对高轨遥感卫星多载荷协同观测和一致测量应用需求,在前期总体技术方案研究的基础上,通过开展现有在轨组装航天器和高轨卫星公用平台的构型调研,提出了一种适用于多载荷协同观测需求的平台构型设计方案。平台利用CZ-5运载火箭发射并在轨展开,采用“网格式中心承力筒+板+桁架”式的总体构型,开展了主传力路径、贮箱承载结构、网格式中心承力筒等的细化设计工作,并进行了结构产品的初步设计,建立了平台结构整星的有限元模型。仿真分析表明:平台结构整星的各向一阶频率均能满足运载火箭的频率要求。基于标准化、通用化的平台接口设计,使其具备可扩展及可维修的能力,大大提升了平台鲁棒性。基于全网格筒的主承力设计,增强平台结构承载能力,并改善平台内部热环境。该设计方案可为基于在轨组装维护的高轨遥感大平台结构的设计提供有价值的参考。

某桁架机械手结构设计与刚度分析

桁架机械手是自动焊接生产线的重要组成部分,为了满足某企业叉车门架自动焊接生产线大跨度、高载重、精度高的要求,设计开发出一款有效行程长为36 m、宽为9.76 m的桁架机械手,其最大载重1.5 t。为了确保其结构性能要求,利用有限元分析工具,验证其最大变形量小于2 mm,结构刚度和强度都满足设计要求;同时桁架机械手制造出来后,经过现场装机测试验证,整体性能指标满足用户需求。

基于Creo-Workbench平台的重载桁架机器人结构设计及应用

针对光伏行业中硅棒搬运及转运工况,基于Creo-Workbench设计平台,设计一款重载桁架机器人。通过设计计算及选型,在Cero软件中建立桁架机器人三维模型,并利用Workbench仿真软件,对桁架机器人进行典型工况下的静载及动载荷有限元分析,校验桁架结构强度及刚度。仿真结果表明:在3种典型工况下,桁架的最大相对变形量为2.11mm,最大应变109.8MPa,满足最大相对变形量5mm及许用应力345MPa的设计要求。

基于响应面法的钢空腹桁架结构优化设计

为了提高钢空腹桁架结构的优化设计效率,提出采用基于响应面法的结构优化设计方法对钢空腹桁架进行优化设计。优化前根据虚功原理推导了空腹桁架的等效惯性矩和等效剪切刚度,采用等代实腹梁刚度法验证了有限元模型精度。通过Box-Behnken试验设计,获得66组有限元模拟的试验样本,建立Kriging响应面从而得到近似响应点。以结构质量最小化为目标,以规范允许的最大组合应力、最大挠度和构件宽厚比为约束条件,采用MOGA遗传算法对空腹桁架进行优化设计,得到Pareto最优候选解。结果表明:在各级荷载下,有限元计算值与等代实腹梁刚度法计算值的最大相对误差仅为5.6%,验证了用于优化设计的有限元模型的精度;优化设计后3组候选解中最优用钢量为6195.4 kg,与优化前相比节省用钢量约18%;对最优解的相关几何参数进行了有限元数值试验验证,优化后的构件宽厚比、最大组合应力、最大挠度和结构质量与数值试验结果吻合较好,偏差均在3%以内,表明基于响应面法的结构优化设计方法适用于钢空腹桁架结构多参数优化设计。

西藏某钢框架住宅结构设计

因钢框架结构相对混凝土结构具有自重轻、强度高、抗震性能好、施工周期短和节能环保等优点,在西藏某政府周转房设计中采用装配式钢框架结构形式,对钢框架结构在高层住宅中的应用进行技术探讨。首先,根据建筑布置及初步结构计算,确定钢框柱、梁、板的布置及截面尺寸;其次,用PKPM计算结构的各项性能指标;最后,进行节点和楼梯及防火设计。结果表明:结构模型的各项指标均满足现行规范要求,该设计方案是可行的,可供相关工程参考。

武汉光谷电竞馆建筑结构一体化设计与分析

武汉光谷电竞馆采用框架-剪力墙结构体系,为了实现荷载传递,结构中局部使用了钢斜撑、吊挂、托柱转换等结构形式。由于比赛大厅及建筑造型的影响,6层和屋面均采用大跨度钢桁架结构。建筑折面外表皮钢网格结构与主体结构采用一体化设计,从而达到结构与建筑形态的统一协调。本工程属于特别不规则的高层结构,运用多个计算软件对结构进行了静力弹性分析、弹性时程分析、中大震下的等效弹性分析和大震弹塑性分析。各项计算结果对比分析表明,结构满足预定的C级性能目标。最后,给出了本工程结构所采用的施工阶段分析步骤,并介绍了6层大跨度钢桁架典型支座节点设计、外表皮钢网格结构与内部混凝土结构的连接节点设计。

基于本体-匹配双向扩展模型的设计知识推荐方法

针对自动扶梯桁架设计知识缺乏有效归纳与整理,知识重用性与共享性差等问题,提出了一种基于本体-匹配双向扩展模型的自动扶梯桁架设计知识推荐方法。首先,提出了自动扶梯桁架命名实体识别(ETNER)模型,进行了该领域知识特征的有效提取,为知识本体构建提供了数据基础;然后,构建了领域知识本体,对设计知识进行了规范表示,并利用本体知识之间的关联关系进行了推理;最后,设计了本体-匹配双向扩展模型,在本体推理为空的场景下,采用改进知识相似度计算与文档扩展匹配的方法,提高了对于用户知识需求的理解能力,补充了推荐结果,同时促进了自动扶梯桁架设计知识本体的更新。研究结果表明:实体识别模型提取扶梯桁架设计知识特征的F1指标达到0.863,能有效提取该领域设计知识特征;该知识推荐方法的平均倒数排名(MRR)、命中率(HR)、归一化折损累计增益(NDCG)指标分别为0.79、0.85、0.80,与传统Doc2query方法相比,其可以充分理解设计知识需求,提高了知识推荐结果的有效性;该研究结果可以为扶梯桁架设计与其他类似工程应用提供知识共享及知识重用的方法。

无应力状态法在半穿式连续钢桁架桥设计和施工中的应用

盐城市盐渎路大桥主桥是超大宽度的半穿式连续钢桁架结构,受力复杂,构件繁多,该桥在设计和施工中运用无应力状态法,成桥后获得了与设计目标相一致的内力和线形。文章首先介绍了桥梁概况,然后概述了无应力状态法,在此基础上进行了桥梁无应力构形的确定,最后提出了桥梁施工方法,以供参考。

超高性能钢管混凝土桥梁结构研究

为推动超高性能矩形钢管混凝土组合结构应用并促进桥梁结构轻型化、装配化技术发展,依托沪武高速某跨线桥工程,对中等跨径下承式超高性能钢管混凝土桥梁进行设计研究。提出采用超高性能钢管混凝土组合结构作为桥梁主要承重构件,其高承载力、高耐久性、施工便捷、装配化程度高等优良性能,满足目前对桥梁建设轻型化、薄壁化的发展需求。结合工程建设条件,提出3种主要构件以承受轴向力为主的桥型方案,分别为组合桁梁桥、系杆拱桥以及斜拉板桥,创新性地采用CFRP吊杆、CFRP预应力筋及冷弯卷边U型横梁与UHPC组合桥面板结构,并通过有限元模型对各设计结构进行强度、刚度、稳定性及动力特性分析,得到各验算结果均满足规范要求,并针对各桥型进行技术经济性分析,为中等跨径跨线桥梁的设计及UHPC、CFRP等新材料的应用提供参考。分析结果表明:简支组合桁梁动力特性较好,刚度、稳定性适中;连续组合桁梁构件强度较均衡,材料利用率相对高,但竖向刚度相对较小;系杆拱桥竖向刚度相对较大,但横向稳定性相对差;斜拉板桥竖向刚度相对大,横向稳定性相对好。在相同条件下,简支桁梁、系杆拱桥、连续桁梁、斜拉板桥的材料造价比值为1∶1.02∶0.97∶1.83,连续组合桁梁的经济性最优,而斜拉板桥相对差。组合桁梁桥施工性能更优,而系杆拱桥与斜拉板桥景观效果更为突出。

公铁混合布置大跨度斜拉桥主梁断面形式研究--以赣江公铁大桥西支主桥设计为例

以赣江公铁两用大桥西支主桥设计为例,研究一种适应上层8车道公路、下层对称双线铁路+4车道公路混合布置的主梁断面形式。提出带挑臂双索面箱桁组合断面、带挑臂单索面箱桁组合断面、矩形箱桁组合断面、矩形钢桁梁断面4种主梁断面方案,采用有限元软件分析各方案静动力性能及受力特点,综合考虑方案构造特点、技术指标、工程数量、公铁运营安全、景观效果等,确定该桥选用带挑臂双索面箱桁组合断面。该桥斜拉索最大索力16000 kN,锚固在下层钢箱梁两侧,通过有限元实体分析对锚拉板和钢锚箱式两种索梁锚固形式进行比选研究,钢锚箱形式受力合理、应力水平低、经济性好,设计采用钢锚箱形式。带挑臂双索面箱桁组合断面桥面空间布置合理、下层公铁行车干扰小、梁端竖向变形最小、经济性好,是一种适应公铁混合布置大跨度斜拉桥主梁断面形式。

空间内倾鱼腹式钢桁梁人行天桥设计与创新

以某人行天桥为研究对象,介绍其桥型的建筑创意与结构设计,重点介绍桥梁结构创新点。主桥为单跨下承式简支空间鱼腹式变高钢桁梁结构体系,空间内倾的鱼腹式桁架为主要受力体系。上、下弦杆和竖杆间采用X型交叉钢拉杆代替传统的交叉刚性斜腹杆连接方式,首次将X型交叉钢拉杆应用于桥梁结构中。“双Λ形”桥墩柱脚位置采用剪力钉与PBL剪力键相结合的钢砼组合结构刚性柱脚连接节点。桥梁结构受力合理,造型优美,体现了造型与结构的有机结合。

晋东南地区宋金木构架中的架道设计现象解读

架道设计作为大木构架整体设计中的一环,与开间设计彼此联动、相互制约。通过对晋东南地区38处宋金木构建筑案例的实证考察,廓清其中几种独特的架道设计现象,并以此为基础展开对本地区匠作技术背景下构架设计方法的整体性解读。