考虑拉索锈蚀与松弛的弦支筒壳结构可靠性分析

针对弦支筒壳结构中因拉索的锈蚀和松弛而引起的拉索预应力损失问题,基于可靠度理论,采用大型有限元分析软件ANSYS中的PDS模块对弦支筒壳结构进行了正常使用极限状态下拉索的可靠性分析.选取预应力损失对其影响较大的中部拉索进行锈蚀与松弛的模拟,通过使拉索横截面积和预应力呈百分比递减,分别模拟了单根和多根拉索的锈蚀与松弛.得到不同位置处拉索的可靠度指标根据输出的不同位置处的可靠度指标及其变化趋势,并据此得出拉索的锈蚀对结构可靠度的影响有一定的缓冲,松弛对结构可靠度的影响呈线性相关等结论.     

考虑拉索抗力衰减及破断的斜拉桥可靠性分析

采用阶段临界强度分枝-约界法对一座斜拉桥模型进行了主要失效模式的搜索,分析了拉索抗力衰减及拉索破断情形下系统主要失效模式和系统可靠度的变化情况.结果表明:未出现断索情形时,结构系统主要失效模式间的相关性很高,但在有拉索破断后,主要失效模式间的相关性出现了明显分组特征;系统可靠度指标随着拉索抗力的衰减而逐渐降低,考虑拉索破断时,外索破断后剩余结构系统可靠度指标降低较多,得到了破断后对剩余结构系统可靠度影响最大的拉索位置,可为斜拉桥结构设计提供参考.     

考虑拉索抗力退化的斜拉桥体系可靠度评估

疲劳损伤和大气腐蚀作用致使斜拉索性能退化,影响斜拉桥运营期的安全水平.为了分析拉索抗力退化对斜拉桥体系可靠度的影响,建立了斜拉索抗力退化的串并联概率模型,提出基于机器学习的斜拉桥时变体系可靠度分析方法.以经典斜拉桥和某大跨度双塔混凝土斜拉桥为工程背景,研究了考虑拉索抗力退化的结构时变体系可靠度.研究结果表明:对于稀索体系的小跨度斜拉桥,随着斜拉索抗力的逐步退化,桥梁结构体系的主要的失效路径为由梁和塔的弯曲失效逐渐转变为由拉索腐蚀引起的拉索强度失效;当拉索抗力退化后的可靠度低于主梁关键截面可靠度时,结构体系可靠度将显著降低;对于密索体系的大跨度斜拉桥,在拉索疲劳和腐蚀共同作用下,该斜拉桥体系可靠指标将在29年降低到5.2.     

弦支穹顶局部环索断索动力冲击效应试验

针对弦支穹顶结构在使用过程中可能遇到的环索断索问题,对弦支穹顶模型开展了局部环索断索动力冲击效应试验.通过对比环索不同初始预应力和不同索撑节点约束条件下的断索动力冲击效应,得到了局部环索断索对结构杆件内力和位移的影响及其规律.试验结果表明:断索点附近的杆件受到断索的影响会发生一定的运动和震荡,其内力也会发生波动,且索力越大、节点约束越弱,波动幅度越大;当索撑节点处无约束时,局部断索会引起结构整体的剧烈震动,且拉索在索撑节点处会发生较大的滑移,造成整圈环索内力大幅降低,严重影响结构安全;对于弦支穹顶结构,杆件内力的动力放大系数与结构杆件类型、位置、环索初始预应力水平、节点约束等均有关,需通过试验研究或动力分析等方法来准确获得.     

新型环箍穹顶全张力结构局部断索抗连续倒塌性能分析

为了探究一种由周边环形张拉整体和中部索穹顶组成的新型环箍穹顶全张力结构局部断索的抗连续倒塌性能,在分析其静力及动力特性的基础上,利用自编向量式有限元程序建立了环箍穹顶索杆张力结构的数值模型.考虑结构初始状态,采用等效荷载卸载法分析得到了该结构不同类型拉索破断后剩余结构的动力响应,包括结构位形、节点位移及构件内力等.分析结果表明,利用向量式有限元法能够有效地进行结构局部断索后的动力响应分析;张拉整体单元的拉索破断主要影响所在单元附近的拉索,不会形成连续倒塌;索穹顶内部的拉索破断对周边张拉整体结构影响较小,新型环箍穹顶索杆张力结构具有较好的抗连续倒塌性能.     

考虑参激振动的折线型立体桁架拱动力响应分析

研究了拉索预应力折线型立体桁架拱中的拉索参激振动问题,使用ANSYS软件建立预应力拱有限元模型,分析了结构中拉索发生参激振动的可能性,采用非线性时程分析方法研究了结构在简谐加速度激励和地震作用下的动力响应,以及桁架拱拉索发生参激振动的诱发机制,考察了预拉力、激励幅值对拉索振动的影响.研究结果表明:激励幅值一定,简谐激励频率与拱内侧拉索自振频率成2.05:1关系时,将激发拉索的参激振动,拉索振幅较未发生参激振动时增加了约63倍,拱节点位移及杆件内力均有部分增加;地震波频率集中于拉索发生参激振动的频率范围时拉索有较大响应.为保证预应力巨型网格结构在地震作用下的安全使用,需考虑拉索参激振动对结构的影响.     

拉索失效对多重四边环索-张弦穹顶的影响

多重四边环索-张弦穹顶结构作为一种新型的索支穹顶结构,拉索失效会对屋盖结构受力产生较大影响.以全国首座三重四边环索-张弦穹顶屋盖(福州海峡奥林匹克中心体育馆屋盖)为研究背景,研究了拉索失效对于此类新型索支穹顶结构的竖向刚度、构件内力及极限承载能力的影响规律,并评估单根拉索失效后屋盖结构的安全性.分析结果表明:拉索失效均会引起屋盖显著下挠,各种工况中外环索失效会引起最大的屋盖下挠,但是,不同拉索失效后屋盖竖向变形分布规律相差较大;外环索和张弦索的失效会引起相邻拉索索力不同程度的增大;外环索与张弦索的相互影响大于各环索之间的相互影响;不同位置的拉索失效均会引起屋盖极限承载能力下降,外环索失效引起结构极限承载力下降最显著;"仅单侧张弦索失效"会引起较"两侧张弦索均失效"更不利的屋盖挠度和极限承载力.总之,外环索失效为最不利拉索失效工况,会引起屋盖最大挠度增大134%,张弦索索力增加11.7%,极限承载力减小35%.但是,剩余整体屋盖结构仍具有一定的安全性.     

点支式幕墙鱼腹式索桁架支承体系的自由振动

预应力鱼腹式索桁架作为点支式玻璃幕墙的支承体系有着广泛的应用,非线性自振特性的研究对于索桁架结构在地震荷载作用下的响应分析具有十分重要的意义.考虑温度变化及几何非线性影响,采用连续化理论导出点支式玻璃幕墙预应力鱼腹式索桁架支承体系非线性振动方程.通过Galerkin方法将偏微分程转化为常微分方程,采用L-P法对常微分方程进行求解.结合工程实例讨论分析温度变化、振幅、预应力等因素对点支式玻璃幕墙预应力鱼腹式索桁架支承体系非线性振动的影响.算例表明,预应力鱼腹式索桁架支承体系固有频率随着温度的升高而减小,具有较强的非线性,其自振频率随着振幅发生变化,其非线性振动呈现"硬弹簧"特性,非线性自振频率高于线性振动频率.     

斜拉索风雨激振面内运动的非线性分析

为深入研究斜拉索风雨激振面内的运动特性,依据弹性力学和气动弹性理论建立了连续斜拉索风雨激振面内非线性振动方程,利用伽辽金方法将偏微分方程转化为常微分方程.借助多尺度法得到面内一阶振动方程的平均方程和定常解,利用奇异性理论对系统进行分岔分析,确定了系统在零平衡点附近发生Hopf分岔对应的风速以及拉索发生风雨激振时对应的水线频率的范围.对拉索前四阶模态的振幅进行了数值模拟,考察了拉索以第一阶模态振动时风速、结构阻尼比等系统参数对拉索振幅的影响.研究表明,连续面内振动方程更能体现斜拉索风雨激振完整的动力学特性,同时系统中存在多种分岔行为.     

拉索预应力球面巨型网格结构静力性能优化分析

针对拉索预应力球面巨型网格结构的静力优化问题,提出对拉索预应力、立体桁架梁高度、杆件截面的三级优化法,对各变量分别采用不同的目标和方法进行逐级优化.对杆件截面优化以结构自重为目标函数并采用满应力法;立体桁架梁高度通过结构内力峰值和挠度比两项指标予以确定;优化拉索预应力时,采用结构杆件内力的平方和最小为目标函数建立数学模型,并运用影响矩阵线性优化法和复形法求解.文中对一个180 m跨度的结构,提出了5种不同的布索方案,并基于以上理论,进行了优化分析.结果表明,实际工程采用沿周边布索方案为佳.同时优化分析结果也证明了本文采用的优化分析方法和编制的程序是高效可行的.     

基于极限状态法的钢桁梁公铁斜拉桥结构分析

 以某钢桁梁公铁斜拉桥为研究对象,采用空间有限元方法,计入几何非线性影响,进行基于极限状态法的斜拉索初应力计算及桥梁 结构特性的数值分析。提出基于极限状态法的计入主梁恒载增大系数的斜拉索初应力计算方法,计算了两组斜拉索初应力：不考虑 恒载增大系数和考虑恒载增大系数。进行该斜拉桥自振特性分析,以及两种极限状态下的静力特性分析：承载能力极限状态和正常 使用极限状态。讨论以极限状态法为基础的分析方法的有效性。研究结果表明：斜拉索初应力大小对钢桁梁斜拉桥主塔和主梁构件 静力响应的影响显著;以极限状态法为基础的考虑提高系数计算出的斜拉索初应力能使斜拉桥在外荷载作用下具有更加良好的结构 性能;按照承载能力极限状态法来进行大跨度钢桁梁公铁斜拉桥的设计和分析更经济合理。     

Geometrical nonlinear stability analyses of cable-truss domes

The nonlinear finite element method is used to analyze the geometrical nonlinear stability of cabletruss domes with different cable distributions. The results indicate that the critical load increases evidently when cables, especially diagonal cables, are distributed in the structure. The critical loads of the structure at different rise-span ratios are also discussed in this paper. It was shown that the effect of the tensional cable is more evident at small rise-span ratio. The buckling of the structure is characterized by a global collapse at small rlse-span ratio ; that the torsional buckling of the radial truss occurs at big rise-span ratio; and that at proper rise-span ratio, the global collapse and the lateral buckling of the truss occur nearly simultaneously.     

既有预应力空间索杆系结构的安全性评价方法

为解决考虑拉索腐蚀程度的既有预应力空间索杆系结构安全评价技术难题,研究建立了基于结构自身特性和拉索腐蚀程度的安全性客观评价方法。首先,建立了空间索杆系在瞬间断索下的动力响应分析方法,并通过三索结构算例验证了该方法的合理性和可行性;其次,根据判断矩阵构建理论和断索分析结果,建立了考虑拉索腐蚀程度的索杆系中各拉索权重系数确定方法;在此基础上,建立了拉索腐蚀程度的隶属函数,构建拉索索系的安全评语集,根据权重系数和拉索腐蚀程度检测结果,建立了既有预应力空间索系安全性的模糊综合评价体系。依托于某基于空间索杆系结构,对所构建的权重确定方法、隶属度函数和模糊综合评价模型进行了初步的应用和合理性验证。     

大型柔性摩天轮轮辐索预张力确定方法研究

以北京朝天轮结构设计为背景,通过分析确定轮辐索预张力需考虑的因素,给出了确定大型柔性摩天轮结构轮辐索预张力的方法,包括预张力值域的确定方法及其调整方法,在值城范围内调整预张力需考虑的各种因素,及估算合理预张力的简便算法.指出轮辐索预张力值域上限由180度索是否满足轮辐索安全系数确定,值域下限由0度索是否松弛确定;减小轮缘自重或适当减小轮辐索的安全系数可增大值域范围,而增大轮辐索截面积可能引起调整预张力的恶性循环;轮辐索预张力的确定还需考虑轮缘平面内外的刚度及90度索的松弛;由于轮辐索预张力和轮缘自重的比值R可大致决定结构的受力特性,故大型柔性摩天轮结构可采用与北京朝天轮相近的R值初步预估轮辐索预张力值.     

滑动环索连接节点在弦支穹顶结构中的应用

提出了弦支穹顶结构滑动环索节点的连接方式 ,应用冷冻升温结构分析方法研究其受力性能 ,并与非滑动环索连接节点的计算结果进行对比 .计算结果表明 ,当结构承受半 (偏 )跨荷载时 ,滑动环索的连接方式对上部网壳结构的受力性能几乎没有影响 ,但却可以大大降低环索、斜索和撑杆的内力幅值 ,使其均衡 ,极大地改善弦支穹顶结构的受力性能     

地震频谱特性对独塔斜拉桥纵向地震响应影响

以一座实际的独塔斜拉桥为背景,分别以速度脉冲波和实际地震波作为地震动输入,研究了不同频谱特性地震输入下独塔斜拉桥地震响应特点.结果表明,近断层地震动的长周期速度脉冲对独塔斜拉桥的地震响应影响显著,特别是当地震动峰值速度(VP)与地面运动峰值加速度(aP)比值较大时,速度脉冲波的周期与主梁第一阶竖弯振动周期接近,塔柱、梁体、拉索和支座等受力明显增加,并可能出现支座脱空和拉索松弛等现象.进一步研究了支座脱空和拉索松弛现象,结果表明,支座脱空和拉索松弛对主梁位移、拉索索力和支座竖向反力等响应的影响较大,不考虑支座脱空和拉索松弛可能会低估梁体位移和拉索的地震响应.     

全混凝土无背索斜拉桥的运营安全分析

为研究全混凝土无背索斜拉桥结构在超载运营时的安全状态,以某桥为背景,采用空间结构有限元数值分析方法,基于双重非线性理论对无背索斜拉桥进行极限承载力分析。在设计车道荷载作用下,通过迭代计算多倍活荷载分析了桥梁结构首次出现开裂、斜拉索应力超过安全限值直至结构形成机构而进入破坏阶段的全过程结构安全系数,并得到结构应力、变形、索力等主要力学参数的变化规律。研究表明,此桥在主跨区域满布荷载时,截面的最不利开裂荷载为2.22倍的活荷载;拉索应力满足规范要求时最不利为6.14倍的活荷载;结构破坏时的最不利荷载为12.10倍的活荷载,且车辆偏载时的安全系数均小于中载。因此,该桥在运营过程中,应重视长索的索力状态,并尽量避免主跨区域重载车辆偏载停滞。     

缆索吊装系统主索的受力与变形计算

针对目前悬索理论复杂、不便于施工技术人员掌握的特点,本文提出了一种计算缆索吊装结构受力和变形的简易方法,并应用该方法进行了案例分析,准确计算出主索系统的拉力、挠度和安全系数,验证了该方法的有效性.本文提出的简易计算方法有助于施工单位设计缆索吊装系统,还可用作施工现场控制的依据,提高施工的安全性.     

柔性巨型摩天轮结构的非线性分析

柔性巨型摩天轮结构体型庞大,结构形式特殊,刚性轮缘与柔性拉索相结合,边界条件复杂,存在着温度、缺陷和冗余度等敏感性因素影响。本文结合某摩天轮工程实例,分析柔性巨型摩天轮结构轮缘和拉索的受力性态,合理选择初始态预应力度,优化结构性能。考虑初始缺陷分别对轮盘以及摩天轮整体结构进行稳定分析,研究其非线性屈曲特征。同时考虑几何非线性和材料非线性进行弹塑性极限分析,全面揭示其结构特性。分析和研究结果表明：预应力拉索的引入使得柔性巨型摩天轮结构具有明显的非线性特征,初始态预应力决定了结构受力性态,由辐射状拉索和立体桁架组成的轮盘结构提供了强大的抗侧和抗扭刚度,柔性巨型摩天轮结构稳定性能良好,塑性发展机制理想,最终破坏表现为强度破坏,弹塑性极限承载能力比较大,能满足摩天轮正常运行和暴风状态的要求。