基于类平衡矩阵的桁架构件重要性计算方法

为简化构件重要性系数的计算过程，提高计算效率，以基于刚度的构件重要性判断方法为基础进行数学推导，提出一种基于类平衡矩阵的空间结构重要构件的快速判断方法，并进行算例验证. 结果表明，当铰接杆件体系的各杆件线刚度近似相等，且不考虑结构应力刚化作用或应力刚化所贡献的刚度很小时，整体切线刚度矩阵仅与类平衡矩阵相关，构件重要性系数可直接利用类平衡矩阵的奇异值进行计算. 通过算例验证，类平衡矩阵的重要性构件判断方法与基于刚度的重要性构件判断方法计算结果一致，说明所提方法是一种切实可行的快速计算方法.     

落地式钢拱桁架体系弹塑性地震响应研究

采用集中塑性铰理论和SAP2000结构分析软件,对某拟建大跨钢拱桁架结构整体进行在地震波作用下的弹塑性地震响应分析。分析中考虑了几何和材料双重非线性影响,获得了节点位移响应、杆件塑性铰的分布特征、结构的整体变形、失效形态及结构延性系数,评定了该结构的极限承载力、失效类型和变形能力。结果表明,该结构在地震波下的失效界限地震加速度峰值为1 000gal,失效时最大竖向变形为短向跨度的1/200,可满足"避难与救灾建筑结构"的抗震性能设防的要求;结构的失效类型为延性强度破坏,临界失效时出现塑性铰的杆件分布较均匀;结构各方向延性系数均大于4,具有较好的变形能力;由整体稳定控制承载力的落地式钢拱桁架结构体系具有较大的抗震潜能,跨度60m的空间拱桁架结构体系,用钢量46.1kg/m2就可达到8度设防区灾难地震设防810gal的要求。     

斜拉网架多阶段加载内力分析方法的研究

系统介绍了斜拉网架结构内力分析方法.把塔柱简化为空间刚架单元,把网架杆件简化为空间桁架单元,对斜拉索采用等效线性空间单元.假设塔柱与网架连接处的横截面为刚性平面,据此建立"变形协调转换矩阵",使塔柱总节点刚度矩阵与网架总节点刚度矩阵耦合在一起,建立斜拉网架结构刚度矩阵.对一个"四塔柱正交斜放四角锥斜拉网架"进行了计算分析,验证了文中方法的正确性和有效性.     

具有隔震支座钢管拱桁架结构体系抗震性能研究

以60m跨三心圆立体钢管拱桁架结构体系为研究对象,建立普通固定铰支座和隔震支座两种模型,运用SAP2000软件与塑性铰理论对其进行在地震波作用下的动力弹塑性性能分析。分析中考虑了几何和材料双重非线性影响,获得了结构节点位移响应、杆件塑性铰的分布、结构的整体变形、失效形态及结构延性系数,评定了该结构的极限承载力、失效类型和变形能力。结果表明:在用钢量相同的情况下,使用铅芯橡胶隔震支座的隔震模型的失效界限加速度峰值比原结构高出59.4%;普通固定铰支座结构和隔震橡胶支座结构的失效破坏类型均为弹塑性动力失稳破坏,地震波作用下两种模型在失效界限时出现塑性铰的杆件数量均较少,但分布较均匀;两种结构模型在受力的两个主要方向均具有一定的延性性能,但其失效前绝对变形较小,破坏前预兆性不显著。     

错列式钢桁架结构受填充墙影响的抗震研究

错列式钢桁架结构比其他结构形式可节省约40%的用钢量,结构杆件的截面比较小,填充墙刚度对结构及杆件受力性能的影响较为重要.采用有限元分析软件ETABS,建立三维空间模型模拟结构的实际受力状态,通过对错列式钢桁架结构在地震力组合荷载作用下是否计取填充墙刚度的对比分析,给出了有关技术参数及钢结构设计的建议.对于错列式钢桁架结构,应据填充墙刚度、位置及与主结构的连接方式等建立空间三维模型进行计算,分析表明,填充墙在没有因偶遇地震荷载破坏之前,具有一定的刚度,它对于结构的自振周期及杆件内力的分布有较大影响.     

主管内填混凝土对矩形钢管桁架受力性能影响

为了解主管内填混凝土对矩形钢管桁架受力性能的影响,在试验研究的基础上,进行了主管内填混凝土对矩形钢管桁架结构节点、杆件承载力和刚度的影响分析,并探讨了其失效机理。结果显示:主管内填混凝土改变了节点的失效模式,但节点仍然是桁架结构的薄弱部位;主管内填混凝土能够明显提高受压节点的承载力和刚度,但受拉节点的承载力和刚度提高程度不明显;主管内填混凝土能够很好地协助受压主管受力,并提高受压主管刚度,而受拉主管的承载力和刚度提高程度不明显;对受压支管承载力有一定影响,而对受拉支管影响很小。探讨了目前规程关于受压节点的破坏模式和承载力计算,以及主管内填混凝土后的矩形钢管桁架结构变形的计算,提出了考虑节点变形影响的实用计算方法,为主管内填混凝土矩形钢管桁架结构的应用提供参考。     

扭簧驱动空间展开桁架结构分析

扭簧驱动展开桁架是由高比刚度材料的薄壁管件作为主要构件 ,由高比强度材料和特制扭转弹簧构成活动接点 ,大部分杆件两端在同一平面方向内设置扭簧构成可协调同步展开折叠运动的复杂机构 .基于此构成机理和独特的受力特点 ,提出合理假设 ,推导出两端带扭簧的杆件宏单元缩减线弹性刚度矩阵 ;基于梁的弯曲理论和位移模态 ,直接导出了宏单元的一致质量矩阵 ,这两个矩阵可有效地用于扭簧驱动空间展开桁架的结构分析 .最后给出了一个数值分析算例 ,证明了方法的有效性     

一种考虑杆件初始弯曲的非线性杆单元

在假定杆件初始弯曲为半波正弦曲线的基础上,提出考虑初始弯曲的非线性杆单元,推导了轴力与轴向变形的关系和轴向切线刚度的表达式,得到了初始弯曲对轴向刚度的影响系数.分析表明,初始弯曲影响与刚度比、初始弯曲幅值、轴力大小以及杆单元长度有关.结合某索拱结构工程实例,研究不同初始预应力取值下,杆件初始弯曲对结构非线性稳定性能的影响程度和影响规律,结果表明:杆件初始弯曲对结构屈曲前的整体刚度影响很小,但对结构的极限荷载与屈曲后性能影响较大;初始预应力取值的增加对结构的位移控制非常有效,但是对结构的刚度影响却很小;在不同初始预应力取值下,极限荷载随杆件初始弯曲变化的规律相似,并且都接近于线性.非线性杆单元能够广泛应用于桁架结构和网格结构的设计与分析,在考虑杆件初始弯曲后,将使结构的设计与分析更加合理、更加科学.     

大跨张弦桁架结构尺寸优化设计研究

以结构重量为优化目标函数,以杆件截面为设计变量,对大跨张弦桁架结构进行尺寸优化设计研究,考虑了杆件长细比、强度和稳定以及结构刚度等约束条件.杆件截面设计变量采用现行规格离散值,利用直接搜索法进行优化搜索.研究表明,大跨张弦桁架结构设计是由结构刚度条件控制的,直接搜索法与离散设计变量联合使用提高了优化搜索速度.     

空间桁架结构电算方法研究

本文对空间桁架结构进行力学分析,在公共坐标系下以杆件单元的结点坐标为基础,建立空间桁架结构的单元刚度矩阵,在此基础上,给出空间桁架结构电算方法程序实现的计算示例.     

超静定钢筋混凝土拱的非线性分析

本文提出一个超静定钢筋混凝土拱的非线性分析方法．这个方法从结构塑性分析的基本原理 出发，考虑了材料的非线性性能，采用了曲杆单元刚度矩阵，变刚度迭代法，杆件截面的数值积 分，断面最大弯矩值的计算以及应力迁移等方法对拱的受荷全过程进行了非线性分析。根据这个 计算方法，编制了相应的计算机程序并进行电算分析，其结果与实测值相比较，两者符合尚好。     

扭簧驱动空间展开桁加结构分析

扭簧驱动展开桁架是由高比刚度材料的薄壁管件作为主要构件,由高比强度材料和特制扭转弹簧构成活动接点,大部分杆件两端在同一平面方向内设置扭簧构成可协调同步展开折叠运动的复杂机构。基于此构成机理和独特的受力特点,提出合理假设,推导出两端带扭簧的杆件宏单元缩减线弹性刚度短阵;基于梁的弯曲理论和位移模态,直接导出了宏单元的一致质量矩阵。这两个矩阵可有效地用于扭簧驱动空间展开桁架的结构分析,最后给出了一个数值     

改进型Delta并联机构连续刚度映射

基于机构势能的Hessian矩阵定义机构的刚度矩阵,建立了改进型Delta并联机构的连续刚度模型.这种模型与以往刚度模型区别在于,它不仅考虑了驱动铰链、被动铰链刚度和各个部件重力对机构刚度的影响,还考虑了机构位形变化和在广义外力下各个杆件弹性变形对刚度的影响,所以该映射模型更具有一般性和精确性.最后结合刚度矩阵瑞利商定义了并联机构刚度性能判定指标λ,通过刚度性能判定指标λ在工作空间不同位置和不同受力情况下的分布,对改进型Delta机构的刚度性能进行分析和讨论.     

基于类桁架材料模型优化方法计算稳定性研究

推导了2相正交类桁架材料模型,建立了基于类桁架连续体材料模型的单工况和多工况应力约束拓扑优化方法.以杆件在结点位置的密度和方向为设计变量,在单工况下,采用满应力准则法优化杆件密度,将杆件方向与主应力方向对齐;在多工况下,采用方向刚度包络线拟合的方法,由各单工况优化结构导出.通过反复迭代形成类桁架连续体材料优化分布场,进而形成类桁架结构.通过3个经典算例,验证了不同有限单元网格密度和形状下该拓扑优化方法的稳定性,克服了各种拓扑优化普遍存在的单元依赖性.     

交错桁架钢框架结构抗震设计方法研究

为实现交错桁架钢框架结构的延性设计,提高结构的抗震性能,通过研究桁架腹杆设计方法与结构层间位移角限值要求,提出了一种交错桁架钢框架结构抗震设计方法.首先分析了交错桁架钢框架结构中桁架的典型破坏机制,基于桁架空腹节间弦杆破坏的理想失效模式,提出了水平地震作用下桁架杆件的内力计算模型及罕遇地震作用下腹杆内力的调整方法;其次,基于桁架理想失效模式和极限变形能力,分析了罕遇地震下桁架层间位移角的组成,推导并提出了不同空腹节间距下结构的弹塑性层间位移角限值;最后,提出了水平地震作用下交错桁架钢框架结构抗震设计方法及流程.算例分析表明,采用本文提出的抗震设计方法,能有效地耗散地震能量,实现结构"强腹杆弱弦杆"和"大震不倒"的抗震设计目标.     

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较,本文建议的计算方法更具有一般性。计算分析结果表明,考虑计算节点处相邻腹杆刚度的约束作用后,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,按本文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取值小。     

钢管桁架结构中T型相贯节点地震易损性分析

针对平面桁架结构中杆件承受轴力为主的特点,采用相贯节点腹杆与弦杆相贯面的局部变形作为衡量节点破坏程度的参数,建立了平面管桁结构中T型相贯节点发生轻微破坏、中等破坏、严重破坏的地震易损性指标.通过建立节点实体单元模型并对其滞回性能进行分析,建立了等效非线性分析模型,并与现有试验结果进行了对比分析,结果表明等效非线性分析模型能很好地模拟节点的局部变形,在保证了计算精度的同时,解决了地震易损性分析中计算时间过长的问题.选取单榀桁架结构关键点为非线性节点,使用Monte-Carlo法对桁架结构进行了地震易损性分析与评估,得到了易损性曲线,为此类结构抗震性能的评估提供1种新方法.     

方钢管混凝土柱钢桁架结构破坏模式分析

基于叠加原理,假定钢桁架与钢管混凝土柱的变形互不耦合,提出针对这种框架的节点子结构受力机理简化分析模型并采用试验验证.其中,钢桁架的荷载-位移曲线由铰接机制、刚接机制叠加得到;钢管混凝土柱的荷载-位移曲线则基于弯矩-曲率方程与等效剪切刚度计算得到.通过对钢桁架、方钢管混凝土柱承载力的分析,可判断结构的破坏模式与承载力.简化模型预测的破坏模式、荷载-位移曲线均与试验结果吻合较好,承载力与试验值接近.针对方钢管混凝土柱-钢桁架结构的不同破坏模式,还对其与抗震性能的相关性做了进一步的探讨.     

求解桁架临界载荷的新方法

以往求桁架结构临界载荷归结为求桁架总刚度阵的特征值，而总刚度阵中的与轴力有关的几何刚度阵，则是从各杆件始终处于直线状态，并在轴向变形中考虑横向变位影响而导出的；这样就必然导致当整体失稳时各杆件都不会发生欧拉屈曲的结果，这是不合理的．作者认为桁架失稳有可能是由杆件的局部欧拉屈曲导致成机构所造成的．由此提出一种计算桁架临界载荷的新方法，算了若干例题，并和过去的一般方法作了比较．有的两者计算结果之差竟达１８．５４倍，这就说明本方法具有理论和实际意义．     

纤维模型在平面框架非线性静力分析中的应用

为准确描述钢筋混凝土结构局部的受力情况,通常需要采用微观模型来进行非线性有限元分析.将梁柱单元建立在弹塑性纤维模型的基础上,直接从材料本构关系出发,对平面钢筋混凝土框架结构进行了金过程非线性静力分析.在框架结构与梁柱单元之间用刚度法,组装杆件刚度得到结构刚度;杆件与杆件内部积分点处的横截面之间采用柔度法,基于杆端力和截面力的平衡获得杆件刚度;每个横截面通过平截面假定协调纤维变形,同时考虑了几何非线性,由纤维的刚度得到截面刚度.为追踪非线性反应的软化段,求解时选取柱面弧长法.同时选取实例分别进行单向推覆和低周反复加载试验的程序模拟,得到了较好的效果,并提出进一步优化改进的建议.