HFRP铝合金组合桁架应急桥性价比分析研究

为了研究混杂纤维复合材料(HFRP)-铝合金组合桁架在应急桥上大规模推广应用的可行性,首先,建立该桥梁的三维有限元模型,计算其变形与振动特性,将理论计算值与现有装备实测值进行比较;其次,在满足应急桥刚度与强度要求情况下,利用该有限元模型研究不同碳纤维体积比的HFRP-铝合金组合桁架桥与全铝合金桥、全钢桥在桥梁振动性能、质量与原材料价格等方面的差异,利用理论推导解释振动特性随着用材变化而变化的内在机制。结果表明:有限元模型预测值与实测值基本一致,该模型可作为对比分析的基础;在变形与应力都满足设计要求情况下,HFRP与金属上弦组合的桥梁造价虽然比钢制桥梁高,但是造价与自重更轻的全铝合金桥梁相当,且自重是所有桥梁中最轻的,在振动频率上更容易满足规范要求;理论推导发现,在刚度控制设计桥梁中,结构1阶振动频率与结构质量呈反比关系,因此自重大幅度降低后的组合桥自振频率得到了有效提高。

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。

基于监测数据的钢桁梁桥温度变形研究

温度的周期变化会使大跨度桥梁产生显著的结构变形。利用某三跨连续钢桁梁桥的现场监测数据,该文研究了支座纵向位移、主梁跨中挠度与结构温度变化的相关关系,并分析了现场实测结果与有限元模拟结果的差异。研究表明:与环境温度相比,背景桥梁的结构温度在白天更高,夜晚更低,变化幅度约是环境温度的2倍。由于不受日照辐射影响,结构温度在夜间的分布比白天更为均匀。结构温度变化对背景桥梁的支座纵向位移有显著影响,而对主梁跨中挠度影响较小,且支座摩阻力使左右边墩支座表现出不同的运动模式。在短如一天的时间尺度上,支座位移与结构温度表现出滞回关系。这种非线性现象可能与支座处的摩阻力和时变非均匀温度变化有关。

南通美术馆复杂钢结构设计

南通美术馆采用钢筋混凝土框架-剪力墙+带支撑钢框架结构,具有扭转不规则、楼板不规则、构件间断等不规则项。小展馆沿圆弧扇形布置,采用带支撑钢框架结构。上、下层小展馆之间存在局部层叠的转角关系,竖向构件无法直接落地,采用多层多次转换钢框架和整体悬挑钢桁架。钢结构体系具有定位复杂无规律、多层多次转换、整体悬挑尺度大、桁架跨度大、荷载大等特点。针对结构特点,对重要构件提出了更高的性能目标;对复杂钢结构设计关键问题进行分析并提出对应措施。采用ETABS、PKPM、SAP2000等软件进行整体模型分析和各种补充分析,包括:防倾覆验算、小展馆独立模型承载力验算、楼板应力分析及舒适度分析等。计算结果表明结构各项指标均满足要求,结构安全可靠。通过重视结构概念和构造设计,保证结构整体性和稳定性。

高层双塔连体建筑连接体结构方案比选研究

连接体结构方案选型是连体建筑结构设计的重点,不同的连接体结构方案对结构整体受力和抗震性能影响程度不同。基于广州某高层双塔连体建筑实例,按现行设计规范设计斜腹杆桁架和空腹桁架两种连接体结构方案,采用YJK软件对连体结构进行整体建模和计算,从塔楼力学性能、建筑效果、空间使用、经济性以及施工难度等方面进行比较分析,以确定工程连接体的合理方案。分析结果表明,两种连接体方案均能协调双侧塔楼的变形,使塔楼共同工作,但刚度较弱的空腹桁架连接体方案对塔楼整体受力和抗震性能影响相对较小,且更能满足建筑效果以及内部空间使用的要求,是本工程较为合理的连接体形式。

大尺度开孔钢梁性能的试验研究和数值分析

研究了超出我国设计规范构造尺寸限制的大尺度、非等间距腹板开孔的钢梁性能,进行了2榀针对实际工程的长9 m钢梁的足尺静力试验,将试验数据与一般梁理论、空腹桁架理论、有限元等方法得到的计算数据进行了比较分析.研究表明:这种大开孔钢梁只要设计得当,能够满足承载力和挠度要求;空腹桁架理论适用空腹截面正应力的简化计算;孔口附近的实腹截面应力分布受到开孔的显著影响,对正应力和剪应力分布,有影响的范围为距离孔口边缘分别约0.9倍孔口高度以内和1.0倍梁截面高度以内;在影响范围之内,正应力呈非线性分布,中和轴处的剪应力偏大,与梁理论有关弯曲应力和剪应力公式的计算结果相差较大.

锚固边坡稳定性分析有限元模型及锚固效应的探讨

锚固边坡具有锚固结构与土体变形协调的特点,而用条分法分析边坡稳定性时因土体刚体假设无法考虑结构与土体共同作用的本质,存在低估锚固效应的问题。提出了一种有限元法分析锚固边坡的方法,考虑在有限元模型中采用点锚式和全长粘结式杆单元模拟实际锚固结构的自由段和锚固段,注浆加固体采用接触单元,在土体和结构共同作用和接触变形协调的应力计算的基础上,结合条分法稳定性系数概念,对锚固结构考虑粘结强度或抗拉强度,对土体考虑剪切破坏强度,可得出工程分析所需的锚固边坡稳定性系数。研究结果表明:有限元法所得滑动面深度较条分法更深,稳定性系数更大,其有效锚固长度也存在一定的差异。

历下区文体档案中心结构设计难点及对策

济南市历下区文体档案中心为集剧场、游泳馆、篮球馆、档案馆、图书馆、科技馆等功能为一体的综合性建筑。本工程存在施工工序复杂、钢桁架受力复杂、楼板超长且不连续等设计难点。通过预应力混凝土梁、钢桁架、梁上柱、吊柱的合理设置,确保了大跨空间上方多层建筑功能的实现。通过细致的弹塑性分析,保证了结构抗震性能目标的实现。通过施工顺序的合理组织、桁架节点的精细分析,确保了大跨区域的安全可靠。通过楼板应力分析和适当的加强措施,有效解决了楼板超长和不连续的问题。

西安站改东配楼碰撞效应及影响因素研究

连接单元与主体结构的碰撞效应是引起连体结构损坏和塌落的重要原因,以西安站改东配楼为背景,采用Kelvin单元对该不规则复杂连体结构进行了碰撞效应分析,研究了碰撞效应对桁架支座位移及碰撞力的影响,分析桁架及关键构件的内力、位移及塑性铰出铰机制,讨论了接触刚度和初始间隙对碰撞效应的影响规律。结果表明:强震作用下,复杂连体结构极易产生碰撞,其对桁架、框架梁柱的内力和位移有显著放大作用,使连接体的塑性铰明显增多,均进入“立即使用”状态。建议该连体结构碰撞效应分析的接触刚度取大于主框架梁轴向刚度的数值5×106kN/m;初始间隙取值大于0.2m时,支座处的碰撞力消失。

轻型木桁架体系系统效应分析

为了定量认识轻型木桁架体系性能优于单榀桁架性能这一现象,采用随机抽样模拟的方法对轻型木桁架体系的系统效应及其影响因素进行了分析.分析过程以轻型木桁架体系的三维有限单元模型为基础,在ANSYS-PDS平台中对3种结构布置的桁架体系考虑不同的规格材及齿板节点性能统计特征后进行反复抽样,以应力比及整体变形为指标对系统效应系数进行定量计算,得出的应力比系统效应系数在1.05～1.27之间,变形系统效应系数在1.12～1.29之间.通过对影响系统效应的参数进行分析表明,轻型木桁架体系的系统效应主要受破坏模式、体系体量大小、边界支承条件和规格材弹性模量及强度相关性的影响,分析结论为编制轻型木桁架设计标准提供了参考.

集中载荷作用下组合桁架简支梁有效宽度

为弥补设计规范关于组合桁架翼缘板的空白,采用有限单元法考虑剪力滞后效应,对翼缘板有效宽度影响因素进行了参数化分析,参数包括混凝土板厚度、剪力连接程度、宽跨比和高跨比.参数分析结果表明:混凝土板厚和剪力连接程度对混凝土翼板有效宽度系数影响很小,可忽略不计;宽跨比和高跨比对混凝土翼板有效宽度系数影响显著,翼板有效宽度应考虑其影响.根据参数分析结果,拟合出翼板有效宽度计算公式,具有较强的工程实用价值.

桁架板等效刚度分析

桁架材料的连续介质等效模型的研究已有相当基础,而工程中桁架材料往往以类板结构形式出现,其变形表现出明显的弯曲特征。将类板桁架材料采用弯曲板模型模拟,研究合理的方法确定等效板模型的刚度具有重要意义。本文在基于Kirchhoff假定的小挠度薄板弹性理论框架下,研究了类板桁架材料的等效弯曲薄板模型,提出了确定薄板模型等效刚度的基于Dirichlet位移边界条件的代表体元法,给出了确定各刚度系数所对应的代表体元的边界位移形式。具体计算了几种典型形式桁架板的等效刚度,并采用有限元离散模型和实验技术分析了桁架板在一定的边界约束和荷载作用下的响应,并与等效板模型的分析结果进行了对比。结果表明,在响应分析中,具有等效刚度的薄板模型可准确模拟类板桁架材料;连续介质板等效刚度计算的积分法不能给出准确的桁架板等效刚度,而基于Dirichlet位移边界条件的代表体元法获得的等效板的刚度具有很高的精度。

相邻腹杆刚度对桁架受压腹杆计算长度的影响

以经典的刚架弹性稳定理论以及相关研究成果为基础,推导了考虑节点刚度和相邻腹杆刚度对受压腹杆影响的杆件群稳定方程以及腹杆计算长度系数的计算方程,给出了可供工程使用的桁架腹杆计算长度用表.和现有的腹杆计算长度系数计算方法相比,文中建议的计算方法更具一般性.计算及分析结果表明:考虑计算节点处相邻腹杆刚度的约束后,桁架中间受压腹杆的计算长度有所减小;在大多数刚度比范围内,按文中方法计算的中间和端部受压腹杆的计算长度系数比现行规范的小.

3D机织复合材料卫星桁架接头的抗弯刚度研究

为了研制高性能复合材料卫星桁架接头,采用三维有限元分析技术,分析了三维整体织物增强的碳纤维卫星桁架接头三通制件的等效抗弯刚度和内部应力分布,并与制件的三点弯曲实测结果进行了对比.结果表明:三通制件的等效抗弯刚度可以用有限元软件快速、方便、准确地计算出来,并可提供制件任意部位的应力分布状态,为优化制件结构设计提供理论依据.弯曲破坏实验的破坏载荷未能真实地反映接头的最大抗弯破坏承载能力,3个方管的根部应力尚未达到材料的破坏极限.

钢交错桁架体系平面内的柱子计算长度

将新修订的《钢结构设计规范》GB 50017-2003中框架体系支撑条件的区分引入到错列桁架的稳定分析中,考虑初始缺陷的影响,提出了强、弱支撑错列桁架体系的划分标准,推导出了错列桁架体系柱子平面内计算长度公式。强支撑体系中柱子计算长度可以按照规范GB 50017-2003计算;对弱支撑体系,提出了柱子计算长度的实用计算公式。

离散变量结构优化设计的最优综合效能法

针对结构优化问题的位移约束,引入关键约束的界约参数,提出了结构位移统一约束的缩减形式,从而简化了结构优化模型。根据离散变量结构优化问题的特点,提出了效能系数的概念,它衡量设计变量在离散邻域范围内变化对目标函数与约束函数值的影响,并研究了基于效能系数取值分类的四种主要调整方式。根据结构应力和位移约束的影响区域属性,以综合效能最大化为引导,提出了求解离散变量结构优化问题的最优综合效能法。算例结果显示该算法具有良好的优化效率,可求得问题的最优解或获得历史上的最优记录。

错列桁架体系柱子平面内计算长度

将《钢结构设计规范》(GB50017—2003)中框架体系支撑条件的区分引入到错列桁架的稳定分析中,考虑初始缺陷的影响,提出了强、弱支撑错列桁架体系的划分标准,推导出了错列桁架体系柱子平面内计算长度公式。强支撑体系中柱子计算长度可以按照规范GB50017—2003计算。对弱支撑体系,提出了柱子计算长度的实用计算公式。

钢结构错列桁架体系扭转效应评定

根据钢结构错列桁架的组成特点,推导出评定水平荷载作用下扭转效应系数的计算公式,并通过模型计算考察《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ99—98)第3.2.2条是否适用于钢结构错列桁架。计算结果表明:规程第3.2.2条的判定条件并不适用于钢结构错列桁架体系,计算时应该考虑结构扭转的影响。

类桁架夹层板的等效弹性常数研究

从应变能等效出发,将具有周期性分布的夹层板的类桁架夹芯与各向异性连续材料等效,给出了相应的宏观等效弹性常数,进而用有限元方法计算了实际夹层板和等效夹层板的结构响应,用一个算例证明了该文方法的有效性.通过对类桁架夹芯的等效弹性常数的计算,结果表明该文方法可以得到较为准确的等效弹性常数,且较其它类型的均匀化方法大大降低了计算量.

周期性点阵类桁架材料等效弹性性能预测及尺度效应

比较了D irichlet型和Neum ann型边界条件下的代表体元法及均匀化方法对具有周期性结构的点阵类桁架材料等效弹性性能的预测结果.数值结果表明,D irichlet型和Neum ann型边界条件下的代表体元法所得结果随着参与模拟的单胞(微结构的最小周期)个数的增加,分别从上下界逼近均匀化方法的结果.对于一类具有特殊微结构的桁架材料,只需一个单胞即可充分逼近均匀化结果.指出产生尺度效应的判据是,对D irichlet型边界条件下的代表体元法,单胞公共边界处的节点支反力是否平衡;对Neum ann型边界条件下的代表体元法,单胞边界间变形是否协调.最后,我们证明了对于一类均匀化方法求解中没有广义自由度的桁架材料,其均匀化结果就是各构件性能按照体积份数加权平均得到.