空间结构抗火性能研究进展

火灾高温对结构材料力学性能有显著影响,会导致结构发生破坏,甚至整体倒塌。随着现代建筑技术的发展,空间结构的抗火性能研究越来越受到学术界和工程师们的重视。本文介绍了结构抗火研究的理论基础和相关概念;综述了结构抗火的研究状况;阐述了近年来空间结构抗火研究的进展情况;探讨了空间结构抗火研究存在的主要问题;对空间结构抗火研究趋势进行了展望,提出了目前空间结构抗火研究亟待解决的关键问题。

多点输入下结构地震反应的研究现状与对空间结构的见解

首先就多点输入下结构地震反应的分析方法介绍了国内外的研究现状,然后在对多点输入下大跨度桥梁结构的地震反应特征作简单综述的同时,侧重阐述了近年来在多点输入对建筑结构地震反应影响的研究中已取得的一些成果和结论.最后,对空间结构领域内考虑多点输入影响的研究问题提出了一些见解.

太阳辐射对大跨度空间结构影响的研究现状

封闭或大部分封闭大跨度空间结构的外部温度场受太阳周期辐射、风速和覆盖材料等影响。温度变化引起的工程事故较常见。对大跨度空间结构受太阳辐射影响的研究现状和研究内容进行介绍。

大悬挑预应力空间结构对多点地震波输入的反应——以贵阳奥体中心体育场为例

选取合理的地震动输入模型,通过参数分析研究贵阳奥体中心体育场大悬挑预应力空间结构在多点输入的地震作用下的反应,比较非一致输入与一致输入下结构响应的差异。分析看出:(1)横向位移和竖向位移远大于纵向位移。位移主要还是由悬挑部分的竖向位移控制。(2)考虑行波效应后结构的地震反应增加。因此在大悬挑预应力空间结构分析中,行波效应的影响是不可以忽略的。

新型弦支空间结构施工过程受力分析

西北大学长安校区体育馆为新型弦支空间结构,其屋盖结构部分上部由辐射状倒三角管桁架结构组成,下部由环向索及径向索组成,上部结构与下部结构之间通过竖向撑杆连接,是一种复杂的空间预应力结构体系.采用有限元软件对该结构进行了施工过程仿真分析,研究了不同施工阶段结构的应力和变形;并对拉索分级张拉产生的结构应力与变形进行了分析,研究了不同卸载方案对结构性能的影响,提出了合理的结构卸载方案.结果表明:结构安装所采用的旋转累积滑移施工成型方案是合理的,施工过程中结构应力和变形较小;结构整体刚度随施工过程不断增大,应力呈现不均匀分布.施工过程仿真分析可以为结构现场安装提供指导与预警,为同类工程建造提供技术参考.

大悬挑预应力空间结构动力稳定分析——以贵阳奥体中心体育场为例

对贵阳奥体中心体育场大悬挑预应力钢屋盖进行地震作用下的动力稳定性进行分析。考虑了x向地震、y向地震、z向地震和xyz三向耦合四种情况,计及了结构几何非线性影响。分析发现水平纵向的动力失稳荷载与水平径向的动力失稳荷载相比降低显著。在竖向地震作用下结构的失稳荷载比水平纵向地震作用时的失稳荷载有所增加。在三向地震作用下,结构的失稳荷载最小。

基于Kresling折纸构型的空间结构可控失稳模式研究

基于Kresling折纸构型的空间结构受压时会发生多种失稳模式。为了实现破坏模式可控的智能结构,该文采用有限质点法对基于Kresling折纸构型的空间结构的失稳模式进行研究,提出通过调节该结构材料、预应力和结构布置的方法对结构刚度和失稳模式进行控制。该文建立了采用有限质点法进行索、杆、膜结构计算的基本流程,通过对Kresling双稳态失稳模式的分析验证了分析方法的有效性。对Kresling索杆模型、索杆膜模型、嵌套模型的失稳模式进行了分析,研究了弹性模量、预应力水平和结构布置对结构失稳模式和结构应变能的影响。实现了双层Kresling模型的失稳模式控制,为设计破坏可控的智能结构提供了一种新的方法。

大跨度空腹夹层板空间结构施工期支撑体系时变性能研究

为了研究大跨度空腹夹层板空间结构在施工过程中其支撑体系的时变性,针对贵州省老干部活动设施改扩建项目主体结构,采用大型有限元软件SAP2000建立结构与支撑体系的统一模型,利用其阶段施工分析模块,根据实际施工过程模拟了支撑体系在施工过程中的荷载、轴力、变形等因素不断变化的过程,模拟分析过程与实际情况差异较小。根据所建立的理论模型从空间上探索钢管支撑架立杆荷载的分配与受力变化规律,为现场的安全可靠施工提供参考。

斜拉金属薄板空间结构成形试验研究

斜拉金属薄板空间结构是一种新型的预应力空间结构,将金属薄板以受拉构件的形式应用于结构中,既可充分发挥金属板材的抗拉强度,又可以将受力构件与围护构件合二为一。以斜拉金属薄板空间结构为背景,提出了4种适合该结构的施工成形方法。为了进一步验证施工成形方法的可行性,并确定最优的施工成形方法,对实际工程进行1:10的缩尺,采用模型成形试验和有限元软件模拟对比初始态位移变化来确定最优的施工成形方法;再以最优施工成形方法为参照组,对比另外3种施工成形方法在结构构件中产生的应力值,对比3种方法的优劣。结果表明:张拉斜索法是最优的施工成形方法,不仅相对于初始态位移变化较小,而且施工便捷。另外3种施工成形方法,若为了控制应力变化,则选择顶升钢柱法;若为了施工便捷,则选择张拉背索法;直接张拉薄板法不推荐使用。

木结构发展综述及在空间结构中的应用研究

木材具有绿色环保、轻质美观等诸多优点,本文介绍了木结构的优点和发展历程,结合近些年我国木结构的相关政策,综述了国内外木结构的发展现状。木空间结构是以木材为主要材料的大跨度空间结构,可分为木空间网格结构和木空间张拉结构,本文介绍分析了一些经典木空间结构案例,最后展望了木结构的市场前景。

空间结构抗震分析中的地震波选取与阻尼比取值

针对当今空间结构抗震分析中地震波选取及阻尼比取值可能遇到的问题进行了讨论.首先说明了正确选择地震波的重要性,指出选择地震波时应同时符合地震动三要素,尤其要慎重考虑地震动的谱特征,否则将使抗震计算偏于不安全,为此论文给出正确选择与调整地震波的具体方法与步骤。继而在介绍阻尼理论的基础上,详细列出了国内外钢结构、空间网格结构与索结构的阻尼比实测与试验值.经分析研究,本文对空间网格结构与索结构的阻尼比分别给出了取值建议.对于由不同单元不同材料组合的结构或考虑混凝土支承体系影响的空间结构的阻尼比值,可采用阻尼比值简化计算公式.

大跨度空间结构的工程实践与学科发展

本文系统总结了近年来我国空间结构的工程实践与学科发展的进展、趋势及新的科学问题,主要内容包括:空间结构形体的优化、深化、改进与创新;空间结构节点的破坏机理、弹塑性分析与极限承载力;空间结构向超大跨度结构发展;从较重的屋盖结构体系向轻型的屋盖结构体系发展,从刚性结构体系向柔性结构体系发展;索穹顶结构的研究与开发;大型空间结构施工全过程模拟与施工方法创新;从固定屋盖结构向可开启结构发展;空间结构从单一的设计技术向制造信息化集成技术发展;空间结构理论研究发展;空间结构的健康监测和加固技术开发应用.最后提出了为进一步促进我国大跨度空间结构的应用发展而应当研究、深化和开发的学科课题.

平衡矩阵理论的探讨及一索杆梁杂交空间结构的静力和稳定性分析

首先对索杆杂交结构采用平衡矩阵理论进行了探讨。对于索杆杂交结构而言,可以根据平衡矩阵确定体系在初状态几何下的整体预应力分布和大小,但是必须考虑变形相容条件和本构关系即各个单元的柔度分布。只有满足体系柔度分布的杆件截面尺寸的结构才能最终施工张成给定的预应力分布和设计几何。由相容方程和平衡方程提出了包含局部超静定结构的索杆杂交结构的柔度分布确定方法和独立柔度分布模态这一概念。算例分析结果验证了方法的正确性。其次,对一索杆梁杂交空间结构的计算分析方法及其初步的静力及其稳定性进行了研究。基于局部分析法对索杆梁体系的预应力分布和大小进行了优化分析。在优化目标下,最优的预应力分布是外环预应力较大,中环、内环预应力要小很多。并以预应力作为整体自平衡的初始内力情况下对其进行了初步静力和稳定性分析。结果表明柔性体系和刚性体系的杂交实际上只能为刚性体系提供大变形的安全储备,而并不能有效的降低体系的挠度,但是预应力的存在却可以有效的改变梁单元轴力的性质和水平。相比单层网壳,索杆梁体系的稳定性能有了较大提高。

大跨空间结构风振响应及其计算与试验方法

大跨空间结构体系广泛应用于工业和民用建筑中 ,并且日趋大型化、多样化、复杂化。风荷载已成为该类结构抗风设计、防灾减灾分析的控制荷载之一。文中针对大跨空间结构 ,分析了风振形式及其机理 ,阐述了风振响应计算方法和试验方法。指出随机振动理论、有限单元法和数值分析理论是大跨空间结构风振响应计算的有效理论工具 ,风洞试验是研究结构风振的主要实验手段 ,结构风振数值模拟方法具有广阔发展前景。最后 ,提出值得进一步研究的若干问题。

新型多面体空间刚架结构的建模方法研究

简单介绍了气泡理论及多面体空间刚架结构构成的基本原理,并重点研究了这类新型空间结构的建模方法.在分析通用图形软件的实体作图法建模存在的主要问题及其原因的基础上,提出基于数学解析的嵌填式建模方法,编制了相应的程序,并成功应用于北京奥运会国家游泳中心"水立方"结构.研究表明,实体作图法只适用于中小型多面体空间刚架的建模,而嵌填式方法对于大型多面体空间刚架的建模具有很高的效率.

竖向多点输入下两种典型空间结构的抗震分析

以两种典型空间结构为研究对象,考察了竖向地震作用下结构的地震反应以及竖向多点输入对结构地震反应的影响。分析表明,竖向地震一致输入在门式桁架结构和周边支承网壳结构中将产生较大的内力,因此竖向地震作用在这两类结构的抗震设计中是必须考虑的。竖向多点输入对门式桁架结构地震反应的影响很小,这种影响在结构抗震设计中可以忽略;对周边支承网壳结构来说,竖向多点输入使得网壳结构的地震内力降低,同时由于拟静力作用在支承结构中产生的内力较小,多点输入对支承结构的地震内力影响也很小。

空间网格结构几何非线性有限元分析方法的研究

在对 T.L/ U.L.法和 C.Oran梁柱单元有限元法进行系统研究比较的基础上 ,推导了结合以上两种理论的几何非线性有限元列式。C.Oran梁柱单元在分析轴力为主的结构时具有非常高的效率 ,但在分析纯弯曲问题时却存在很大困难。本文采用 VC+ + 6 .0编制了面向对象的非线性有限元程序 ,对其进行了考题验算分析 ,得出了有用的结论。

利用张力薄膜平衡特性构造自由曲面空间结构

自由曲面空间结构不仅要满足特定的几何形态要求,而且需要具备受力均衡的力学性能.结合几何特性分析与力学性能优化,提出了基于自然界中张力薄膜平衡特性的自由曲面空间结构造型技术.将初始的准均匀B样条曲面比拟为张力薄膜,运用拉普拉斯公式与改进的动力松弛法进行优化,得到满足给定边界条件的合理目标曲面.数值实验结果表明,该造型技术简便可行,可有效地缩短自由曲面空间结构的设计周期.

空间索杆式展开结构的动力学研究与分析

本文针对空间索杆式展开结构的特点,利用多刚体动力学的研究成果建立展开过程分析的动力学模型,分析了约束方程及其雅可比矩阵的形成,结合系统的约束方程来分析机构的运动状态,最后对系统的机构单元进行数值仿真计算,得到了对伸展臂的指标确定和设计有重要指导意义的数值分析结果.计算结果表明,文中结构模型的设计方案是可行的.