斜放网格棱柱面密肋折板网壳的动力特性分析

为了解斜放网格混凝土拟柱面密肋折板网壳动力特性,采用有限元法计算39个算例,对比了周边支承和拱脚支承屋盖的自振频率与振型,通过有限元参数化分析考虑结构的矢跨比、支座约束、斜向密肋梁刚度、脊线梁刚度、主拱梁刚度、边梁刚度、屋面板厚度对结构自振频率影响。分析表明:与下部结构协同工作时,周边支承对屋盖整体刚度提升较大;矢跨比对屋盖振动基频的影响较小,较大矢跨比会减弱端隔面外刚度,建议矢跨比取1/6$1/4;支座约束对屋盖整体刚度的提升很大;提高斜向肋刚度有利于提高屋盖整体刚度,建议斜向肋截面高度取屋盖跨度的1/60$1/45;脊线梁截面刚度在屋盖的整体刚度中贡献较小,建议脊线的截面高度按构造确定;主拱刚度对屋盖整体刚度贡献较大,建议主拱截面高度取屋盖跨度的1/51$1/40;边梁刚度在整体结构中贡献不大,可取边梁跨度的1/20$1/15为边梁的截面高度;屋面板作为结构刚度储备在满足使用标准的情况下不应取值过大。     

混凝土折板式拟扁网壳的自振特性参数分析

混凝土折板式拟扁网壳由密肋平板汇交组成,本文在四点支承条件下对其应用空间梁单元和板壳单元建立有限元模型,采用子空间迭代法求解结构振型及对应自振频率,在自振特性分析基础上,讨论了矢跨比、网格划分频数、脊线刚度、密肋梁刚度及边梁刚度等因素对结构自振频率的影响。算例分析表明:结构频谱分布具有密集性及跳跃性特点,低阶振型以脊线为振动节线,边缘桁架的面外刚度对振型影响较大;矢跨比的改变对基频的影响较小,过大的矢跨比将削弱边缘桁架的面外刚度,建议结构矢跨比不低于1/6;网格划分频数对基频的影响不显著,结构的密肋板可按普通平板楼盖划分网格;结构基频随脊线刚度的增加近似呈线性增加,建议脊线截面高度取屋盖跨度的1/50~1/30;提高密肋梁刚度有利于增加屋盖整体刚度,建议密肋梁截面高度取屋盖跨度的1/60~1/35;边梁截面高度可按脊线截面高度确定,但应注意边缘桁架面外刚度对结构动力特性的影响。     

混凝土密肋式锥面网壳的动力特性分析

混凝土密肋式锥面网壳是由相等的密肋平板在脊线处交汇形成的一种新型网壳结构。为了解网壳结构的动力特性,采用子空间迭代法求解结构的自振频率及振型,并通过讨论影响结构基频的主要因素,对基频进行公式拟合。结果表明:结构的振型以竖向振动为主;因结构刚度分布均匀,频率多次"重频"且有明显的跳跃点;网格数不变时,增大结构矢跨比对提高结构整体刚度是不利的,建议屋盖矢跨比的选取不宜过大;边梁刚度的增大会加强对密肋板的约束,进而提高结构整体刚度,建议边梁截面高度的选取宜按跨度的1/40～1/30确定;增大密肋梁刚度能有效提高结构整体刚度,但过大的密肋梁高度会加大结构自重,建议密肋梁截面高度的取值宜按跨度的1/100～1/75确定;结构基频的公式拟合值误差满足工程精度设计要求。     

混凝土折板式拱网壳动力特性的参数化分析

折板式拱网壳是由V形折板拱壳网格化而得的新型混凝土空间网格结构,本文采用有限元方法分析纵向两端开敞结构的动力特性,并了解结构整体刚度的主要影响因素。结果表明:屋盖的低阶振型以竖向振动为主,刚度薄弱位置出现在开敞处,因此横向矢高对结构整体刚度的影响较小,而V形密肋折板拱自身的矢高对结构整体刚度的影响较大;横向脊(谷)线拱作为屋盖的主要传力结构,增强其刚度可以明显提高结构的整体刚度;纵向脊线是结构的振动节线,其刚度变化对结构整体刚度影响不大;空腹桁架上弦作为V形密肋折板拱的拱脚边缘支承结构,提高其刚度几乎不改变屋盖结构的整体刚度;提高密肋梁的刚度会同时增大结构质量,因此密肋梁的刚度改变几乎不影响结构基频;由于有限元模型中屋面板中面与梁中面重合,板厚改变不影响结构的基频,屋面板可作为结构的刚度储备。     

混凝土棱柱面网壳动力特性的参数化分析

混凝土棱柱面网壳通过将柱面切割为汇交平面成形,每个平面采用密肋平板,是一种新型混凝土空间网格结构。基于有限元基本理论及端隔影响讨论这种结构的自振特性,并在此基础上考虑矢跨比和脊线、主拱、密肋梁、边梁的刚度及屋面板厚度等因素对结构基频的影响。结果表明:结构动力特性介于拱网壳和筒网壳之间,端隔可以明显提高结构的竖向刚度进而提高结构抗震能力;矢跨比高于1/6后,结构刚度随矢跨比增加而降低,建议结构矢跨比不高于1/5;脊线作为振动节线,几乎对结构刚度没有影响;主拱作为密肋板的弹性支承,结构基频随主拱刚度的增加而增加,主拱截面高度可按屋盖跨度的1/50~1/40确定;增加肋的刚度有利于提高结构的整体刚度,肋的截面高度可取跨度的1/100~1/80;边梁截面高度的改变几乎不影响结构的整体刚度;增加屋面板厚度可提高屋盖整体刚度,但不建议采用过厚的屋面板。     

拟球面三角形网格密肋折板壳的动力特性分析

考虑矢跨比、主脊线刚度、副脊线刚度和边梁刚度等因素的影响,采用有限元方法对混凝土拟球面三角形网格密肋折板壳进行参数化自由振动分析,以考察结构的自振频率及振型特点。结果表明:结构自振频率具有密集分布的特点、成对出现的振型较多,频率-振型序号曲线具有明显的跳跃台阶;低阶振型主要表现为边界附近折板的竖向振动,振动节线大体为脊线;矢跨比对结构自振频率影响较大,建议结构矢跨比采用1/8~1/3;基于结构的传力特点,主脊线刚度对结构整体刚度的贡献有限,在满足结构承载力要求前提下,主脊线可采用较小的刚度;结构基频随副脊线刚度的增加而明显增长,增加副脊线刚度有利于提高结构整体刚度;边梁约束作用对结构整体刚度没有明显影响。     

北京2008奥运会老山自行车赛馆网壳结构分析与设计

北京2008奥运会老山自行车赛馆屋盖采用支承于倾斜人字形钢柱柱顶的双层球面网壳结构．由于结构跨度大,安全性要求高,除对其进行静力荷载效应、温度作用等常规分析与设计外,采用振型分解反应谱法和时程分析法进行了网壳结构的多遇地震响应分析,通过计算振型参与质量确定振型振动的主导方向及反应谱分析中参与组合的合理振型数．考虑到网壳厚跨比及矢跨比均较小,设计中对结构的非线性稳定性进行了研究;同时,对节点刚度对结构性能的影响进行了补充分析．结果表明,老山自行车赛馆球面网壳结构安全可靠,具有良好的整体稳定性和抗震性能．     

周边双层中部单层球面网壳结构的自振特性分析

对周边双层中部单层球面网壳在上弦支承条件下,采用有限元理论和子空间迭代法求解了13个算例的振型和对应频率。分析了结构的频谱特性和振型特点,并详细讨论了矢跨比、双层分布范围、双层厚度对结构自振特性的影响。分析表明：单层部分是这种结构整体刚度的薄弱环节;矢跨比对结构整体刚度有明显影响,建议结构的矢跨比不宜低于1/6;双层的分部范围对结构整体刚度的影响较小,可按结构跨度的1/6-1/4确定;在上弦支承时,双层厚度对结构整体刚度的影响可忽略。     

习营钢管混凝土拱桥动力特性分析

基于有限元方法,以ANSYS为平台建立了南阳淅川段习营下承式钢管混凝土拱桥三维有限元模型,采用子空间迭代法求解桥梁的自振频率和振型,并结合桥面振动实测频率,验证了桥梁模型的准确性.计算结果显示,桥梁1阶竖向振动频率的实测值与理论值接近,模型精度较高.拱桥第1阶振型为拱肋横向弯曲,第2、3阶振型均为桥面系竖向弯曲.低阶振型主要以拱肋的横向振动或桥面系的竖向弯曲为主,说明该桥拱肋横向刚度明显小于竖向刚度,桥面系横向刚度远大于竖向刚度,体现了下承式钢管混凝土拱桥的动力性能特征.计算结果为结构性能评估与抗震设计提供了依据.     

大跨刚架系杆拱桥动力分析

刚架系杆拱桥是一种复杂的多体系组合结构,结构动力的特性对桥梁的正常使用有重要的影响,它也是该类桥设计的关键之一。本文首先采用通用有限元ANSYS软件,考虑桩土相互作用,建立结构动力有限元计算模型,计算结果表明:桥梁拱肋面外自振基频明显小于桥梁整体竖向自振基频,说明桥梁拱肋面外刚度与全桥竖向刚度相差较大;桥面系面外刚度相对较弱,桥梁前8阶振型中出现了扭转振动形式。考虑不同拱肋倾角计算分析了桥梁的动力特性,计算结果表明拱肋倾角的改变对结构的面外振型影响显著。当结构的面外刚度较小时,可采用改变拱肋倾角来调整。     

大跨屋盖结构风效应的风洞试验与原型实测研究

以广州国际会展中心为工程案例,进行了刚性模型风洞试验和有限元模态分析,在此基础上计算了屋盖的风致位移响应,结果表明,对于屋盖风振响应影响最大的因素是结构的基阶振型,其次才是风荷载;随着阻尼比的增加,位移响应谱的共振峰得到了有效平抑,峰值位移响应也随之减小.基于现场实测,提出功率谱点积识别大跨屋盖结构竖向整体振动固有频率的方法,并与有限元计算结果进行了对比分析,实测得到的前4阶固有频率与振型均能与有限元模型较好吻合,其中基阶固有频率的相对误差仅为0.3%,证明了该方法的有效性.     

人字形密肋式折板拱壳的动力特性分析

针对人字形密肋式折板拱壳结构,采用有限元理论和子空间迭代法求得了结构的自振频率,分析了结构的振型特点,详细讨论了矢跨比、脊线刚度、边梁刚度和柱上肋梁的刚度对结构基频的影响,还讨论了建筑构造做法所产生的外加质量对结构自振特性的影响。分析表明,结构的低阶振型主要表现为竖向振型,横隔是结构整体刚度的薄弱环节,结构基频随矢跨比的降低而增加,这与传统认识不符。建议结构的矢跨比不宜小于1／6,脊线和边梁刚度对基频的影响很小,边梁的跨高比可取1／20—1／16,提高柱上肋的刚度有利于改善结构的整体刚度,结构动力特性分析时应计及建筑构造做法所产生的外加质量的影响。分析结论可为类似工程应用提供参考。     

斜放网格棱柱面密肋折板网壳的静力特性分析

为了解斜放网格混凝土棱柱面密肋折板网壳静力特性,采用有限元法计算了32个算例,通过有限元参数化分析考虑了结构的矢跨比、斜向密肋梁刚度、脊线梁刚度、主拱梁刚度、边梁刚度、屋面板厚度对结构静力特性的影响。分析表明:屋盖具有较好的刚度和空间受力特性,且主拱和斜向密肋是屋盖中的主要受力构件;矢跨比对屋盖最大挠度的影响较大,并且随着矢跨比增大结构内力呈现下降趋势,建议矢跨比取1/6～1/4;提高斜向肋刚度有利于提高屋盖整体刚度,建议斜向肋截面高度取屋盖跨度的1/60～1/45;脊线梁的截面刚度对相连的斜向肋轴力影响较大,建议脊线的截面高度按屋盖跨度的1/65～1/34;主拱刚度对屋盖整体刚度贡献较大,建议主拱的截面高度取屋盖跨度的1/51～1/36;边梁刚度在整体结构中的贡献不大,可取边梁跨度的1/20～1/15为边梁的截面高度;屋面板厚在满足使用情况下不应取值过大。     

几种空腹网壳的自振特性理论研究

采用有限元软件ANSYS建立了球面、柱面以及双扁壳三种空腹网壳为算例的三维空间梁单元计算模型,探讨了在结构参数矢跨比、网壳厚度、网格尺寸和杆件截面对空腹网壳动力特性的影响.本文提取了前20阶自振频率和前12阶模态振型,分析了三类网壳自振频率和基本频率在上述参数变化时的变化规律,以及网壳模态振型随阶次增加的振动规律,对空...     

单层球面网壳新型减震体系整体性能研究

选用60m跨度的空间k6型网壳考虑下部结构和不考虑下部结构两种计算模型进行动力时程分析,讨论两种模型在地震作用下抗震反应的差异,分析不同柱高度参数对网壳结构整体性能的影响,并对考虑下部结构模型布置4种约束屈曲支撑方案进行动力分析。结果表明,单层网壳下部结构的共同作用影响了网壳杆件受力变化规律,不同下部结构对网壳壳体的影响范围也相应变化;网壳下部结构柱高度对网壳结构整体刚度影响较大,柱越高网壳结构整体刚度削弱就越明显;约束屈曲支撑能够有效地控制网壳节点位移响应,效果明显,合理布置约束屈曲支撑有效吸收地震能量,减小网壳结构的地震响应。在考虑下部结构模型布置4种约束屈曲支撑方案中,方案2对主肋节点的水平和竖向位移均有较好的控制效果,主肋节点减震系数达到0.75。     

三向网格混凝土锥面密肋网壳的静力性能分析

混凝土锥面密肋网壳是由三角形密肋平板空间交汇形成的大跨度伞状结构。为了解三向网格锥面密肋网壳在竖向荷载作用下的变形和内力分布规律,采用有限元数值模拟方法,并考虑矢跨比及边梁、脊线、密肋梁和屋面板等构件刚度影响进行静力计算。结果表明:结构变形主要集中在三角形密肋平板的重心附近,脊线是屋盖的主传力结构;边梁对密肋平板的约束作用有限,加大边梁刚度不会根本改变传力途径,边梁截面高度可按较小的高跨比确定;过大的矢跨比会加大密肋平板沿结构跨度方向的实际边长,矢跨比不宜大于1/4;脊线成拱后刚度较大,提高脊线刚度对改善结构受力性质意义不大;密肋梁刚度加大将影响自身内力,截面高度可采用结构的1/100～1/75;屋面板对结构内力改善有限,不建议采用过厚的屋面板。     

大跨曲线高墩连续刚构桥自振特性研究

以栗子坪大桥为实例,研究大跨径曲线高墩预应力混凝土连续刚构桥的自振特性。应用Midas有限元软件分别建立直线桥、曲率半径分别为1 500 m、2 000 m和2 500 m的曲线高墩预应力混凝土连续刚构桥的有限元计算模型,计算得到该桥梁结构的自振频率和振型。分析计算结果可以得出结论:曲线桥与直线桥的振型特征大致一样,随着曲率半径的减小,桥梁前几阶振型中各个方向振型的耦合程度变大;大跨径曲线高墩预应力混凝土连续刚构桥的第1阶振型为桥墩纵向振动,桥墩纵向弯曲刚度更弱;桥梁第2阶振型为主梁横向弯曲振动,且前15阶振型中有6阶是主梁和桥墩的横向振动,主梁横向抗弯刚度相对于竖向刚度较小;随着曲率半径的减小,基频逐渐减小,曲率半径较大(如1 500 m以上)时,曲率半径的变化对大曲率半径连续刚构桥周期的影响较小。计算结果对认识大跨径曲线高墩连续刚构桥的振动特点有较大参考价值。     

北海机场新航站大楼网壳屋盖结构的地震反应分析

在介绍北海机场新航站大楼工程概况基础上，用有限元法分析其网壳结构的动力反应，用子空间迭代法分析其网壳结构的振动规律和动力特性，用时程分析法和反应谱法分析其网壳结构的地震反应。得出北海机场新航站大楼网壳结构的振型主要是水平的，呈对称和反对称，高阶不规则振型比较复杂，自振频率频谱稍密，周期性不明显；最大内力杆件出现在拱脚附近，位移最大的杆件是刚度较小的次拱上；地震反应主要受水平方向控制，其中又以侧向刚度较小的Y方向为主，竖向地震反应相对很小。     

开封黄河二桥主桥动力特性分析

以大广线开封黄河二桥主桥--7塔8跨预应力混凝土矮塔斜拉桥为研究对象,借助MIDAS/Civil有限元程序建立了该桥梁空间有限元计算模型,采用子空间迭代法计算了桥梁的动力特性.计算结果表明,该桥梁的低阶振动主要表现为桥面系的整体竖向振动和桥塔的横向振动,桥梁结构的自振周期较大,振型较为密集,由于该桥梁宽跨比较大,桥面整体竖向振动出现比较早,桥梁的第1阶扭转频率与第1阶竖弯频率之比为4.01,表明该桥梁具有良好的气动稳定性.     

索系-空间杂交结构的动力特性和参数分析

研究由网壳、索系和塔柱构成的索系-空间杂交结构协同工作体系的动力特性,并进行参数分析．采用空间杆单元和空间梁单元分别构建网壳杆件和塔柱构件的力学模型;采用空间索单元并引入等效弹性模量对拉索进行力学建模．分析和比较网格形式、索系布局、结构支承、矢跨比、杆件截面及其尺寸等有关参数对结构动力性能的影响．结果表明,索系-空间杂交结构体系自振模态可分为塔柱在网壳结构切向的振动、塔柱在网壳径向的振动、整体结构协同振动和网壳结构自身振动等4个组群;结构各组群振动的自振频率相对集中,其出现顺序依赖于该类结构的具体构形及网壳、索系和塔柱的刚度．