我国建筑索结构的发展与工程实践

索结构已经成为现代大跨度建筑结构的首选体系之一。梳理了七十年以来我国索结构的发展历程,将其分为起步、缓慢发展和快速发展三个阶段,并对每个阶段进行了详细分类和阐述。对建筑索结构中的拉索构件和节点构件进行了归纳和总结,系统地列举了各类构件的主要形式。此外,综述了悬索结构、索膜结构、张弦(弦支)结构及索穹顶结构等典型结构形式的特点、受力机理及代表性工程,进一步展示了索结构在实际工程中的广泛应用和显著优势。这些结构形式不仅体现了索结构的创新性和灵活性,也证明了其在满足大跨度建筑需求方面的卓越性能。在可持续绿色发展的要求下,随着科技的不断进步,索结构在建筑领域的应用前景愈发广阔。我国的索结构将继续在大跨度建筑领域中扮演重要角色,为实现更加高效、环保和创新的建筑设计提供有力支持。

天津首例基坑工程承压含水层回灌实测研究

通过开展天津某基坑工程抽水试验,观测到场区第一、二承压含水层间有一定水力联系。而基坑止水帷幕并未截断第二承压含水层,为防止或减小坑内降水引起的坑外重点保护建筑的沉降,将基于沉降控制的回灌技术运用于该基坑工程中,在被保护建筑四周布置5口回灌井进行承压层回灌。现场监测资料表明,回灌井运行正常,回灌速率稳定,对埋深24~46 m的第一、二承压层的单井自然回灌量为24~72 m3/d,回灌过程中承压层最大水位抬升约6 m,且承压含水层水位升降与被保护建筑物隆沉之间呈现出很强相关性和同步性。本次回灌是天津市首个在基坑工程中开展基于沉降控制的承压含水层回灌的成功案例。

模块化钢结构梁柱子结构抗连续倒塌性能研究

模块化钢结构作为一种高度预制的装配式建筑,具有工业化程度高、绿色节能环保等优点。但是,由于模块化钢结构体系超静定次数较低,其在极端荷载工况下的抗连续倒塌性能应予以特别关注。模块化钢结构梁柱子结构作为主要的传力路径,具有多梁多柱等有别于传统框架梁柱子结构的特点,需对其抗连续倒塌性能开展研究工作。该文针对采用螺栓-角件连接节点的模块化钢结构梁柱子结构进行Pushdown试验及数值模拟,分析了在双柱失效、单柱失效工况下试件的破坏模式和抗连续倒塌机理。结果表明,梁柱子结构在两种工况下的受力机理不同:在双柱失效工况下,梁柱子结构抗力主要由梁机制提供,加载后期抗力提供方式体现出一定的悬链线机制,并随水平连接板厚度的增加而增强;在单柱失效工况下,子结构抗力主要由模块间水平连接抗剪能力提供,由梁机制及悬链线机制提供的抗力较小。

三维隔震钢框架结构及内部非结构构件地震易损性研究

该文以三维隔震钢框架结构为研究对象,提出上部结构、隔震支座与滑移型设备、倾覆型设备、吊顶三类非结构构件的抗震性能量化指标,基于增量动力分析,从结构与非结构2个方面研究三维隔震结构地震易损性。基于研究案例,结果表明:三维隔震结构与水平隔震结构的结构易损性接近,两者在远场地震时结构易损性低于非隔震结构,但高强度近场地震作用时由于过大的支座位移则可能高于非隔震结构。如9度罕遇地震作用时,三维隔震结构与非隔震结构对应立即使用状态的超越概率分别为90%、80%。三维隔震结构中滑移型设备的易损性低于非隔震结构,略高于水平隔震结构。三维隔震结构与水平隔震结构均可有效降低倾覆型设备的倾覆概率,在PGA为0.8 g时倾覆概率仅为7%,且前者相比后者可显著降低倾覆型设备的摇摆角。非隔震结构与水平隔震结构中吊顶地震易损性均较高,而三维隔震结构可显著降低吊顶的易损性,近场8度罕遇地震作用下吊顶对应充分运行的超越概率仅为1%。

不同围护结构变形模式对坑外深层土体位移场影响的对比分析

对某深基坑开挖全过程中围护桩的水平位移进行了实测,由于水平支撑提供的支撑刚度不同,不同位置处的围护桩可产生不同的水平位移分布模式,且最大水平位移值也存在明显差别。通过建立考虑土体小应变的有限元模型,针对4种典型围护结构变形模式引起的坑外深层土体位移场变化特点进行分析,结果表明:即使围护结构最大水平位移相同,由于侧移分布模式不同,基坑外地表和深层土体的竖向及水平位移场均可存在较大差别,从而可能对环境产生不同程度的影响。围护结构在内凸型和复合型模式下,坑外深层土体竖向变形可分为凹槽形沉降区、三角形过渡区和隆起区,而深层土体水平位移场可分为弓形变形区、变形过渡区以及悬臂形变形区;悬臂型模式下坑外深层土体竖向位移场只存在三角形变形区和隆起区,而水平位移场则全部呈悬臂形;踢脚型模式下的竖向位移和水平位移影响范围均为最大。在实际工程中除控制围护结构最大变形值外,尚应根据周围环境特点合理控制围护结构变形模式,并尽可能避免出现踢脚模式变形。

不同围护结构变形模式对坑外既有隧道变形影响的对比分析

随着越来越多的地铁建成并投入运营,既有地下隧道受邻近基坑施工的影响及控制成为越来越重要的问题。通过建立考虑土体小应变的有限元模型,针对4种典型围护结构变形模式引起的坑外不同位置处隧道变形特点以及位移影响范围进行分析,结果表明:在围护结构最大变形相同而变形模式不同的情况下,坑外既有隧道的变形也会存在较大的差异。根据隧道拱顶拱底的竖向变形特点,可将基坑外不同位置的隧道根据其变形分为沉降区、变形过渡区及隆起区。悬臂型模式对坑外隧道的位移影响范围最小,内凸型与复合型模式影响范围基本相同,分布大于悬臂型,而踢脚型模式下范围最大。在实际工程中除控制围护结构最大变形值外,尚应根据周围环境特点合理控制围护结构变形模式,并尽可能避免出现踢脚模式变形。

非对称基坑分步降水开挖引起的围护结构变形性状

首先对采用盖挖逆作法的非对称基坑分步降水开挖过程进行了有限元模拟,分析其围护结构的变形性状,然后与实测结果进行对比;由于非对称基坑的开挖深度不同,在分步降水开挖过程中,围护结构的竖向变形出现深坑高浅坑低,沿横断面方向呈倾斜型的变形特点,同时,围护结构的水平位移出现往浅坑侧方向偏移的现象,致使整个围护结构出现典型的偏转效应。此外,非对称基坑两侧围护结构的侧向位移和坑外地面沉降的差异也引起了典型的不对称的环境效应。

季节性温度变化对某深大基坑工程的影响分析

通过对软土地区某停滞深大基坑16个月监测数据的整理分析,研究了季节性温度变化对环梁支撑受力、围护结构位移及基坑周边环境的影响规律。该基坑近似呈矩形,长178 m,宽148 m,采用多道钢筋混凝土圆环支撑结合中部对撑的布置形式。监测结果表明:环梁支撑轴力随着夏季到来持续增大,进入冬季后又逐渐减小,支撑内力变化受温度升降趋势影响显著;温度降低阶段,围护桩明显向坑内移动,且桩顶水平位移增量与温度变化近似呈线性关系,降温引起的多道水平支撑体系的围护结构变形增量呈倒三角变形模式;围护结构水平位移的增加,进一步加剧了坑外土体沉降,对基坑的整体变形以及基坑周边环境造成不利的影响。另外,三维有限元分析表明,围护结构刚度对支撑的温度应力影响很大,土质条件越硬,温度对支撑轴力的影响越大。

海上风电大尺度预应力筒型基础结构预应力优化设计

应用于海上风电工程中的大尺度筒型基础为钢筋混凝土结构,中间的弧形过渡段为塔筒和筒基之间的传力过渡段,因而对其传力性能和防腐性能有着较高的要求.为优化大尺度筒型基础过渡段的传力性能和防腐性能,对基础上部弧形过渡结构施加预应力.借助有限元软件ABAQUS,对施加有预应力的大尺度筒型基础结构进行数值模拟分析.在极限荷载、交变荷载及相同的边界条件下,在弧形过渡结构上作用不同大小的有效预应力,计算各种情况下的弧形过渡结构和基础环梁受力特征,通过其主拉应力、主压应力的峰值以及主拉应力大于2,MPa的分布区域来分析结构受力性能.经过计算分析可知:弧形过渡结构在有效预应力增加到800,MPa时,继续增大预应力值,过渡结构抗裂性能趋于稳定;基础环梁在作用600,MPa有效预应力情况下,其抗裂性能最佳.在基础预应力设计中,应综合考虑两部位的受力变化趋势.有限元模拟的是有效预应力,在实际工程中,除考虑各种预应力损失外,应适当增加张拉控制应力.

海上风电复合筒型基础结构浮运分析

通过使用MOSES软件建立海上风电复合筒型基础结构气浮拖航模型,对气浮结构进行浮态、初稳性高度、频域和时域分析,其模拟分析与理论计算结果吻合,可靠性较高。同时,采用施工现场的拖航条件,通过时域分析能得到复合筒型基础结构拖航时的拖缆力、结构内舱气压和海上风机复合筒型基础结构各向加速度时程变化曲线,结果表明复合筒型基础具有稳定的自浮拖航浮运特性。

天津站抽水试验数值反演分析

为获得工程现场水文地质参数和检验基坑降水设计方案运行效果,天津站交通枢纽工程在三个标段先后进行了三次各具特点的大型抽水试验。应用地下水运移数值分析软件Modflow对该三次抽水试验分别进行数值反演分析,反演结果和实测数据拟合良好,获得了潜水层和浅层承压含水层的水文地质参数。含水层水文地质参数可为降水方案设计提供重要依据,分析结果对天津市区基坑降水工程具有参考价值。

基坑开挖对坑内工程桩影响的实测及有限元分析

基坑开挖对坑内工程桩的影响越来越受到工程界的重视.对天津站地下换乘中心盖挖逆作法基坑工程开挖过程中支承于桩基上的钢管柱的竖向位移进行了实测,在此基础上进行了有限元分析.实测结果及有限元分析表明:基坑开挖可导致工程桩产生较大隆起,截至底板浇筑完毕本工程实测钢管柱顶最大值达到33,mm,钢管柱之间及钢管柱与地下连续墙之间产生了可观的差异竖向变形.随着盖挖逆作法基坑分层降水、分层开挖及分层施做地下结构,钢管柱的竖向位移呈波动式发展.坑底以下土体的隆起除在引起桩发生较大的竖向位移外,在桩身还可引起一定的拉力.不同位置处工程桩对应桩身拉应力和侧阻分布相差较大,基坑边部桩受地连墙变形影响较大.在桩顶作用有较大荷载的情况下,基坑开挖后,桩身中下部仍会产生较大的拉力,在设计时须加以考虑.

气浮筒型基础结构垂荡水动力系数研究

筒型基础作为一种新型的基础形式已经广泛的应用于海洋资源的开发。在筒型基础作为边际油田开发的基础形式的背景下,基于"大尺度筒型基础的浮运拖航"关键技术,本文对筒型基础在海洋环境荷载作用下的运动响应进行了相应的研究和分析。通过引入考虑气垫影响的无因次参数α处理筒内气水界面的非线性边界条件,基于三维势流理论、采用半解析法的特征函数展开并匹配渐进法,得到气浮筒型基础结构的垂荡下辐射运动的基本规律。还以CBF-3-150海上风电复合筒型基础为例,应用上述理论,运用MATLAB编程平台编制计算程序,求解得出该结构的垂荡水动力系数。

爆炸荷载作用下平板网架结构破坏倒塌分析

主要研究4种不同柱布置形式的平板网架结构在受到室外爆炸荷载作用时的动态响应行为和破坏倒塌模式,并分别计算不同边柱作为爆炸荷载受力柱时的极限爆炸压强。采用Johnson-Cock修正模型模拟在爆炸荷载作用下低碳钢材料的本构关系,综合考虑钢材塑性强度强化、应变率效应、物理损伤等力学特性。利用有限元显式求解器和相应辅助子程序实现对平板网架结构在爆炸荷载作用下结构响应、破坏和倒塌过程的数值模拟。研究表明,柱布置方案对平板网架结构的抗爆能力影响明显,且不同边柱受爆条件下平板网架结构的抗爆性能存在差异。

爆炸荷载作用下钢筋混凝土结构破坏倒塌分析研究进展

钢筋混凝土结构较之于其他结构形式具有质量大、抗爆性能好的特点,因此成为世界各国工程抗爆设计的首选,也是工程结构抗爆与防爆研究领域的主要研究对象。近些年来,国内外学者对爆炸荷载作用下钢筋混凝土结构的动态响应、破坏与连续倒塌进行了广泛的研究,内容包括各类钢筋混凝土结构构件在爆炸荷载作用下的动态响应特征与损伤破坏机理、钢筋混凝土结构构件承受爆炸荷载后的损伤程度评估以及钢筋混凝土结构连续倒塌分析等。综述近些年来国内外爆炸荷载下钢筋混凝土结构动态响应与连续倒塌分析研究的最新进展,并结合作者在该领域的研究工作和成果,给出该领域的研究方向和未来的发展趋势。

非落地钢管桁架拱结构稳定性能

由于使用空间的需要,钢管桁架拱多为非落地拱,支承于桁架柱或其他结构上.桁架柱或其他结构的刚度的变化,会直接影响钢管桁架拱的稳定性能.本文在考虑刚度等效原则的基础上,根据线弹性稳定理论,推导出非落地钢管桁架拱结构面内、外临界荷载表达式.根据面外失稳临界荷载值不小于面内失稳临界荷载值的原则,沿圆弧拱侧向等距离布置侧向支撑,以防止其发生面外失稳,进而确定出侧向支撑的布置数目.分析得出圆弧拱的半径对侧向支撑的数目没有影响;随着桁架拱的开角(矢跨比)、桁架拱截面高度的增大,侧向支撑的数目增多;随着桁架拱截面宽度的增大,侧向支撑的数目减少.最后得出侧向支撑数目与无量纲参数f/L、h/b的关系表达式.

工程桩对基坑稳定性的影响及其计算方法研究

通过有限差分数值模拟和极限平衡法对比计算,对单排支撑的基坑破坏模式及坑内工程桩对基坑稳定性的影响进行了分析,得到以下结论:坑内工程桩的存在能在一定程度上提高基坑稳定安全系数。单排支撑基坑的失稳滑动面更接近于绕支撑点转动的圆弧滑动面。当基坑发生失稳破坏时,工程桩更容易发生弯曲破坏,考虑坑内工程桩对基坑稳定的贡献时,应取工程桩抗弯破坏时的等效抗剪强度和实际抗剪强度中的较小值。

空间网格结构连续倒塌分析的瞬时移除构件法

用于连续倒塌分析的多传递路径法忽略了构件失效的成因、机理和对剩余结构的动力效应,且需假定构件失效位置,不适用于杆件众多的空间网格结构.以损伤累积作为构件失效判别准则,考虑材料非线性和几何非线性,提出实时删除失效构件的瞬时移除构件法.采用动力非线性分析,对比双杆模型和悬臂梁节点位移,验证瞬时移除构件法的正确性.考虑杆件失稳和损伤累积对地震作用下单层柱面网壳进行连续倒塌分析,结果表明,瞬时移除构件法简单有效,可应用于空间网格结构连续倒塌分析.

环境温度对圆拱形钢结构模态频率的影响研究

为研究圆拱形钢结构模态频率在环境温度下的时变特征,本文以潍坊市白浪河摩天轮钢结构为研究对象,首先采用数值模拟和实测数据统计分析的方法揭示其模态频率的温度影响规律,然后采用BP神经网络建立起该结构模态频率与环境温度之间的回归模型,并基于该模型消除环境温度对结构模态频率的影响.结果表明:环境温度主要通过使结构材料的力学性能和结构状态发生改变来影响圆拱钢结构的模态频率;白浪河摩天轮结构模态频率随温度升高而降低,在监测时间内频率最大变化幅度为3.04%;该结构面内振型频率所受温度影响高于面外振型,其中结构状态改变是面内振型频率变化的主要因素;BP神经网络模型可以正确反映模态频率和环境温度之间的变化关系,利用建立的频率-温度回归模型可有效消除环境温度对结构模态频率的影响.

基坑开挖对既有临近滩涂铁路路基影响规律及安全措施研究

既有滩涂铁路路基因基坑开挖卸荷产生过大沉降差,对铁路正常使用和安全运营产生影响,对变形控制提出了更高要求.针对临近既有滩涂铁路的基坑工程,结合工程地质条件和施工要求,利用有限元方法对既有临近滩涂铁路路基影响规律及安全措施开展系统研究.针对滩涂铁路路基的影响规律,分析了不同基坑开挖深度、不同既有铁路路基至基坑距离等因素对路基的沉降差、坡脚水平位移和围护结构水平位移的演化规律影响.结合工程需求,针对危险的铁路路基工况,提出了围护结构的刚度、打设隔墙和增加支撑个数3种安全优化措施,确定了最优施工方案.研究表明:基坑开挖深度越深和基坑距离路基越近,铁路路基施工风险越高,临近滩涂铁路路基施工安全控制距离应大于5.0 m;此外,针对危险的铁路路基施工工况,进行优化方案对比分析.单纯增加围护结构的刚度,无法保证安全施工;打设隔墙使得围护结构承受的土压力减小,具有良好的加固效果;增加支撑使围护结构的水平位移最小,加固效果最佳.