张弦巨型网格结构布索方案研究

针对由张弦梁概念和巨型网格结构组合而成的一种新型超大跨空间结构,提出了5种可能的索杆布置方案.研究了矢跨比对不同布索方案结构变形的影响,并对同一矢跨比下各布索方案结构的最大挠度、杆件内力峰值、支座水平反力、挠度和内力分布情况、稳定承载力及失稳模态等方面进行了综合分析,且与同样形式未布索结构作比较.结果表明,预应力体系的引入可以显著改善巨型网格结构的整体变形、杆件内力峰值和整体稳定承载力.在各方案中,拉索交叉的索杆对称布置于立体桁架拱跨中大部分范围(非满布)的布索方式能最有效地改善结构静力与稳定性能,为最佳方案.     

拉索预应力折线型立体桁架拱布索方案研究

针对折线型立体桁架拱结构,提出了4种拱平面内的布索方案,研究了4种方案下预应力拱结构的静力及稳定性能,分别从结构位移的减小、索初始预拉力值的高低、水平支反力的降幅、杆件内力分布的均匀性及结构稳定性的提高5个方面与未布索立体桁架拱作了综合对比.结果表明,按照桁架拱在极限荷载作用下的屈曲形态布置撑杆拉索能够最有效地改善拱的...     

拉索预应力巨型网格结构布索形式研究

针对由预应力和巨型网壳结构组合而成的一种超大跨度拉索预应力空间结构体系,总结了该结构体系已提出的两种预应力布置形式的索杆布置原则、受力机理、具体形式与几何拓扑关系;并在此基础上提出两种改进型拉索预应力布索形式.通过与已提出的两种布索形式及未布索桁架拱进行对比分析,初步研究了改进型布索形式下立体桁架拱的静力及稳定性能.对比指标包括结构最大位移、支座水平反力、杆件内力峰值、结构稳定极限承载力及失稳模态等5个方面.分析结果表明,两种改进型布索形式的引入均可有效地提高桁架拱的结构刚度,改善结构的静力性能,并能较大地提高其稳定承载力,同时还能改善已有布索形式的缺陷,是较合理的索杆布置;其中第2种改进型布索形式的综合性能更好,是一种更有效的布索形式.     

预应力斜拉网格结构的静力优化分析

提出基于合理预应力取值的二级优化方法对预应力斜拉网格结构进行静力优化，对预应力优化和截面优化分别采用不同的目标和方法．杆件截面尺寸的二级优化采用结构自重为目标函数，优化方法可以采用拟满应力法；对预应力取值的一级优化可以采用结构应变能为目标函数．用ANSYS可编程语言APDL编制采用初始应变影响矩阵法和多次复形法进行预应力取值优化分析的程序，并对按不同目标函数进行预应力取值优化得到的结果进行了比较．采用不同目标函数得到的预应力取值优化结果有所差别．宜根据实际需要选择合适可行的目标函数．     

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.     

张弦桁架结构拉索设计预应力影响因素研究

提出预应力态张弦桁架结构计算模型,采用有限元分析技术建立了拉索设计预应力计算公式,以哈尔滨国际体育会展中心屋盖张弦桁架结构型式为背景建立算例结构模型,研究了拱桁架上下弦杆截面积比对拉索设计预应力、结构特征杆件内力和结构变形的影响,以及张弦桁架结构矢跨比所产生的影响．文章的研究方法和成果可为今后此类大型张弦桁架结构的设计...     

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.     

车辐式索桁架拉索松弛敏感试验及可靠性评估

大跨空间钢结在实际工程操作或环境影响下势必会造成一定程度的松弛,拉索出现松弛后力系必定重新调整达到新的平衡,会引起杆件内力的增加或减小,影响结构安全性,以设计的跨度为6 m的车辐式索桁架结构为对象,进行了车辐式索桁架结构拉索松弛敏感性试验,研究了不同种拉索发生松弛时对结构的影响,得出环索松弛对结构力学性能影响最大,定义环索为车辐式索桁架结构敏感性构件;全部下径向索发生松弛时对结构影响最为不利.基于可靠性理论,运用响应面法和蒙特卡洛法得到可靠度指标,得到不同拉索发生松弛下对车辐式索桁架结构可靠度的影响和结构不同参数的灵敏度,可为车辐式索桁架结构发生预应力损失进行安全评估提供依据.     

某输煤通廊结构检测鉴定与加固策略分析

目的为了解决通廊稳定性不足等问题,找出巩固通廊的优化方案.方法对运输通廊结构进行现场检测,采用增大截面法制定三种加固方案,运用PKPM对通廊进行模拟计算,对比加固方案后通廊的内力、应力比和长细比的变化.结果通廊杆件锈蚀严重,承载力不足,部分杆件已变形.对比加固后的通廊进行分析:方案一对上下弦杆加固,加固后上弦杆内力减小31%,下弦杆内力减少25%;方案二对顶面桁架和底面桁架加固,加固后顶面桁架应力比减小23%,底面桁架应力比减少17%;方案三对上弦杆、顶面桁架和底面桁架进行加固,加固后上弦杆内力减小21.7%,顶面桁架应力比减小18.1%,底面桁架应力比减小13.9%.结论三个方案都能使结构更稳定,经对比分析可知,采用方案三可以使结构最平稳,承载力最高,故选方案三加固.     

基于MATLAB的空间桁架梁的内力分析计算

针对空间桁架梁杆件多、载荷工况复杂、计算量大、内力图多等特点,运用节点法总结并归纳出桁架梁的各个杆件的内力计算递推公式,并用MATLAB软件进行了仿真计算。该方法是根据推导出的计算公式,运用数学变换来建立空间桁架梁数学模型,确定变量之间的函数关系,分步编制弦杆和腹杆的内力计算程序仿真输出数据和图形。通过仿真得到桁架梁的各杆件在不同的载荷组合工况下的受力情况,找出在最不利工况下的受力杆件,为结构的轻量化研究提供理论基础。     

超静定结构的综合内力预应力度设计法

提出超静定预应力结构的综合内力预应力度概念,即预应力筋的等效荷载产生的预压应力与外荷载产生的拉应力的比值.将预应力梁当作压弯构件,提出相应于该预应力度的截面设计方法,从而避开主、次内力的计算.     

弦支剪式可展桥参数化分析及优化设计

剪式可展桥能够快速搭建灾后应急通道，提高救援效率.针对剪式机构刚度差、材料利用率低等特点，结合弦支体系提出了一种新型的应急用弦支剪式可展桥梁结构.为研究其结构的承载性能，采用Karamba3D建立有限元模型，在移动荷载作用下对撑杆长度、撑杆数目、剪叉杆截面、初始预应力幅值、剪叉角度等影响因素进行了参数化分析，并利用Galapagos模块以结构最低质量为优化目标对弦支剪式可展桥进行优化设计.结果表明:增大撑杆长度、撑杆数目和初始预应力能够有效减少剪式机构应力和挠度；增大剪叉角度使剪式机构应力和挠度增大，而增大剪叉杆截面厚度会减少剪式机构应力，但会增大其挠度；剪式机构依然以受弯为主；优化使结构质量减少38.89%，且优化后弦支剪式可展桥的应力和挠度大约是其对应剪式可展桥的0.25倍和0.2倍，验证了弦支剪式可展桥的优越性.     

双V形三维构件张拉结构的矩阵分析与预应力优化研究

张拉结构是由不连续的受压构件和连续的受拉绳索组成的特殊结构体系,含有三维受压构件的张拉结构利用三维受压构件代替一维杆,增加了结构的稳定性与可控制性,是张拉结构发展的新趋势.利用取自正四面体四条斜边组成的双V形受压构件,以及纵向和环向绳索制得张拉整体结构模型,并用矩阵平衡法进行分析.建立矩阵时将传统杆索结构中只考虑杆轴向压力的平衡矩阵扩展到考虑三维构件弯曲的空间铰接体系复合平衡矩阵;再根据平衡矩阵理论以及奇异值分解理论得到该模型的自应力模态.在优化过程中,绳索受拉条件与力的均匀性作为优化目标,运用人工鱼群算法对构件预应力进行优化.结果证明结构的稳定性良好,绳索与受压构件拉压合理,以及对不同类别预应力分别进行均匀性优化的结果更好更具有针对性.     

复合式索穹顶施工误差影响及控制技术研究

以国内首个百米级复合式索穹顶结构为研究对象,分为环梁及拉索的尺寸误差控制、结构安装成型先后顺序、预应力施加方法及张拉批次、施工过程控制与模拟4个方面研究了该工程的施工技术,重点分析了环梁和拉索不同大小的误差量对索穹顶内力的影响程度,并提出相应处理措施.研究结果表明:通过将外脊索和外斜索做成可调索的方式可以消除外环梁施工误差的影响;通过调整拉索现场摆放位置可以减小下料随机误差对索穹顶内力的改变.采用分部提升整体张拉法,避免了构件产生较大位移;分级分批的预应力张拉方式,可以保证施工成型后索力值与设计值的一致性.     

工字型截面构件的船体板架结构可靠性优化

利用有限元方法进行结构分析,建立失效模式的安全余量方程,失效模式的可靠性指标由一次二阶矩法确定,由分枝限界法识别主要失效模式,结构系统和主要失效模式的可靠性指标之间的关系通过ＰＮＥＴ法（概率网络估算法）确定,并依此导出系统可靠性指标相对设计变量的导数。结构的可靠性优化,通过考虑具有工字型截面梁元的稳定性,将设计变量减少一半,降低优化规模,然后,采用最佳矢量法完成两类优化设计：在结构系统可靠性约束下     

大宽跨比T梁桥的改进空间梁格算法

由于目前“G-M法”（比拟正交异性板法）计算主梁内力较复杂繁琐，为了更快速精确的计算大宽跨比，多横隔梁以及主梁较为密集的T梁桥主梁内力效应，提出了基于受压翼板有效宽度的大宽跨比T梁桥改进空间梁格算法。该方法通过有限元软件建立空间梁格模型，基于T形梁受压翼板有效宽度原理，精确考虑横隔梁与主梁顶板协同受力完成荷载横向传递时的横桥向横隔梁翼板有效宽度，对梁格模型中的横隔梁进行横隔梁-桥面板的截面等效换算，保证沿桥横向翼板内的应力分布均匀，模拟实桥横向联系。分别采用“G-M法”和本文方法计算分析桥宽20 m、24 m，跨径20 m、28 m、35 m的4种算例的装配式简支T梁桥主梁跨中弯矩，对比分析发现：1）改进空间梁格法与比拟正交异性板法吻合较好，误差均在±5%左右，精度较高；2）改进空间梁格法相比“G-M法”无需复杂的插值和查表，只需要借助简单的有限元模型，能快速高效的对主梁结构内力进行计算，操作方便，效率高；3）改进空间梁格法对大宽跨比，多横隔梁以及主梁较为密集的T梁桥结构内力计算结果更可视化，更能精确直观的反应受力后的整体结构响应。     

低噪声变截面弹性连杆机构的优化设计

以减小噪声辐射为目的,对变截面弹性连杆机构的优化设计进行了研究.构造了变截面梁单元的位移模式,采用有限元法建立其运动微分方程.以机构杆件截面参数为设计变量,以机构的声辐射功率和机构杆件质量的加权和作为目标函数,利用改进的约束变尺度法进行优化分析,最后通过算例验证了所述方法的有效性.