钢空腹夹层预应力组合扭网壳静力性能分析

扭网壳由一条直线两端沿着其对应两条倾斜角不同的直线移动形成。为研究钢空腹夹层预应力组合扭网壳结构的静力性能,基于有限元分析软件建立实际模型和等代模型,分析网格尺寸、空腹夹层板高度对实际模型内力分布的影响,得到在网格尺寸一定时,空腹夹层板高度改变对上、下肋轴力和剪力键轴力、弯矩影响较大;空腹夹层板高度一定时,随着网格尺寸的增加,构件内力均有所增大。在此基础上又对比分析了预应力对两种模型竖向挠度的影响,结果表明施加预应力可以减小结构的竖向挠度,提高扭网壳结构的刚度。     

大跨度正交正放与正交斜放空腹夹层板力学性能对比分析

为对比正交正放与正交斜放空腹夹层板性能的差异，基于ANSYS、SAP2000建立大量模型，分析了边梁截面尺寸、表层板厚度、上肋和下肋截面尺寸、结构长跨比对两者刚度的影响，层高对结构频率的影响以及基于AP法对两者的抗连续性倒塌性能分析。结果表明：边梁截面尺寸与混凝土表层板厚度的增加可以明显的提升结构刚度；上、下肋截面高度为主要影响结构刚度的参数且截面尺寸增大可以提升结构刚度；结构的长跨比大于1.5时，选用正交斜放的放置形式更好；高层建筑中正交斜放空腹夹层板的自振频率更具优势；正交斜放空腹夹层板的抗连续性倒塌能力更优秀；正交斜放空腹夹层板的刚度从多个方面优于正交正放空腹夹层板。     

大跨度正交斜放空腹夹层板楼盖刚度分析

正交斜放空腹夹层板是在空腹夹层板楼盖基础上发展而来的一种新型大跨度楼盖结构,具有网格造型美观、受力性能好等特点。为研究新型楼盖结构的刚度,以拟建工程为例,基于Midas Gen建立有限元模型,分析各个因素对正交斜放空腹夹层板楼盖刚度的影响。结果表明:对于现场浇筑一次成型的空腹夹层板,在设计时应考虑上肋表层混凝土板作为翼缘对空腹夹层板整体刚度的贡献;上、下肋高度对空腹夹层板刚度影响最大,在楼盖设计时,上、下肋肋高宜按网格边长的1/10～1/15取用;当楼盖的长跨比1.5时,正交斜放空腹夹层板楼盖相较于正交正放空腹夹层板,刚度储备大,抗变形能力更强。     

下肋U型钢-混凝土组合空腹夹层板的动力特性分析

为了解下肋为混凝土外包U型钢的组合空腹夹层板的动力特性,将下肋U型钢按轴向刚度等效为混凝土,采用8节点弹性块体单元应用子空间迭代法求解自振方程计算了50个算例。结果表明:组合空腹夹层板的频率具有密集分布特点,振型与相同支承条件的实心平板类似;支承梁刚度增大有利于提高结构基频,但梁截面高度不宜大于跨度的1/14;基频随楼盖高跨比的提高而增大,结构高跨比可采用1/25~1/20;过大的肋刚度将使结构基频降低,因此肋截面高度可按网格尺寸的1/14~1/8采用;增大下肋U型钢的厚度对提高结构基频是有利的;过小的网格划分频数将降低结构整体刚度,网格长度不宜超过2.5 m;支承条件明显影响楼盖的动力特性,振动舒适度分析时应计及支座刚度影响,提高支座刚度是增大楼盖基频的有效措施。     

大跨度蜂窝形空腹夹层板楼盖动力特性分析

为研究新型大跨度钢筋混凝土蜂窝形空腹夹层板楼盖的动力特性,基于通用有限元软件ANSYS,采用子空间迭代法计算结构的基频和各阶振型,考察高跨比、空腹率、上肋和下肋宽度、密肋宽度与高度、表层板厚度、密柱截面边长和边梁宽度等参数对结构基频的影响。分析结果表明,空腹夹层板的振型特征与实心平板结构的振型相似,低阶振型主要表现为楼盖的竖向振动,但空腹夹层板质量轻,刚度分布均匀,受力合理。影响结构基频的主要因素为高跨比、空腹率和密柱截面边长以及上肋和下肋宽度;密肋尺寸、表层板厚度和边梁宽度对空腹夹层板的基频影响较小。为了满足对结构振动舒适度的要求,在工程设计时应将高跨比、空腹率和密柱截面边长作为主要指标进行控制。     

空腹桁架梁-空腹夹层板楼盖的静力性能分析

空腹桁架梁-空腹夹层板是一种新型空腹夹层板,为研究其在静力作用下挠度变化,采用参数化建模分析,通过改变混凝土板厚度、空腹桁架梁及空腹夹层板上下肋刚度、剪力键和边柱刚度、跨高比等,建立94个有限元模型,得出这些因素对楼盖挠度的影响程度。研究表明,混凝土楼盖厚度增加,楼盖挠度先增加后减小;空腹桁架梁上下肋刚度与挠度近似呈线性变化;剪力键和边柱的刚度与挠度呈非线性变化,且随着刚度增大其对挠度影响程度逐渐降低;跨高比与挠度呈近似正比关系,且跨高比对结构挠度影响最大,为控制挠度的主控因素。     

基于有限单元法的钢-混凝土组合空腹板的优化设计

为了研究钢-混凝土组合空腹板最优截面几何尺寸,建立了四边简支条件下结构的有限元分析模型、优化参数模型和优化数学模型,通过对已建工程的优化设计分析,在给定条件下使造价减少24.7%,表明该方法优化效果显著,并且效率高,可广泛应用于钢-混凝土组合空腹板截面优化设计工程.通过对不同跨度的组合空腹板进行优化设计,获得在给定条件下的最优截面尺寸和最优网格尺寸,并探讨了长跨比的影响,给出组合空腹板优化设计的几何尺寸建议.     

空腹夹层板的自振特性分析

对于钢筋混凝土空腹夹层板楼盖,采用8节点弹性块体有限元方法在点支承条件下进行了30个算例的自由振动分析,结果表明,空腹夹层板的振型与同等支承条件的实心平板类似;增加结构的总厚度可以有效提高结构刚度;表层薄板厚度对结构各阶频率的影响不大,建议表层薄板厚度不大于网格尺寸的1/25;由于质量和刚度对基频的影响是关联的,肋高和网格尺寸不是影响结构基频的决定因素。本文结论对以后工程的设计具有一定的参考价值。     

多层大跨度蜂窝形钢空腹夹层板楼盖刚度分析

为研究多层大跨度蜂窝形钢空腹夹层板楼盖的刚度,基于通用有限元分析软件ANSYS,建立25个分别承受竖向均布荷载和水平均布荷载作用的结构模型以研究结构的整体稳定性。基于上述模型研究了各个因素对结构稳定性的影响程度,并和传统主次梁式楼板结构的稳定性能进行了对比。分析结果表明:蜂窝形钢空腹夹层板在竖向均布荷载作用下,一阶屈曲模态明显呈碗状弯曲变形,受力较为合理。在水平荷载作用下,结构以整体失稳为主,上下肋尺寸以及表层混凝土板厚度对结构整体稳定性影响最大,与传统主次梁式楼板结构相比,蜂窝形钢空腹夹层板具有更好的整体稳定性。     

典型局部钢框架结构变形机理分析

为了研究钢框架弹性变形与柱、梁变形之间的一般规律,以常见的钢框架结构中的柱、梁连接处十字形局部框架作为分析模型,以柱梁刚度比、楼层高跨比、梁柱截面高度比以及H型截面构件任一侧翼缘与腹板的截面积比等为主要研究参数,通过受力与变形分析,探讨了典型局部钢框架的力学机理。结果表明:局部框架变形中,柱变形与总变形比值,随柱梁刚度比和梁柱截面高度比的增大而减小;随着框架楼层高跨比的增大而增大;而梁变形与总变形比值,随柱梁刚度比和梁柱截面高度比的增大而增大;随着框架楼层高跨比的增大而减小;柱为H型截面时柱变形与总变形比值有增大的趋势。     

剪力键节点域对钢空腹夹层板静力特征的影响分析

为研究剪力键节点域对钢空腹夹层板静力特征的影响,建立考虑节点域影响的钢空腹夹层板有限元模型并进行参数化对比分析,得出钢空腹夹层板的挠度和上下肋内力的变化情况。研究结果表明,剪力键节点域的影响会增大钢空腹夹层板的挠度,减小上下肋的轴力;节点域加劲板的宽度以及剪力键的宽厚比、高宽比等因素对钢空腹夹层板的挠度和上下肋的内力的影响明显;设置加劲板能改善节点域应力分布不均等情况,增大剪力键节点域整体刚度,提高钢空腹夹层板的力学性能。     

蜂窝形钢空腹夹层板楼盖振动舒适度分析

为了研究新型蜂窝形钢空腹夹层板楼盖的竖向振动舒适度,以自振频率和加速度为双控指标,采用子空间迭代法计算结构基频和各阶振型;然后,采用行走路线法对结构进行时程分析,计算结构在人行荷载作用下的加速度响应.考虑跨高比,上覆混凝土板厚度和上、下肋刚度对结构基频和加速度响应的影响,对结构进行参数化分析.结果表明:蜂窝形钢空腹夹层板基频随着跨高比、上覆混凝土板厚度的增大而减小,随着上、下肋刚度的增大而增大;峰值加速度随着跨高比的增大而增大,随着上覆混凝土板厚度及上、下肋刚度的增大而减小.     

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。     

空腹夹层板刚度分析的简化算法及其静力性能分析

空腹夹层板由空腹梁交叉组成。以简支条件为例，推导了空腹梁的折算剪切刚度，讨论了剪切变形对空腹梁的变形影响，分析表明，空腹梁的变形主要由整体弯曲内力引起，因此空腹夹层板可以在考虑剪切变形的基础上简化为密肋板进行刚度分析。还推导了两种空腹夹层板简化分析的等代刚度。并讨论了空腹夹层板的若干静力性能。     

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。     

空腹夹层板静动力特性理论计算与试验研究

为了建立更为精确的数值化模型来模拟空腹夹层板结构的静动力特性,基于有限元法,建立了钢-混凝土空腹夹层板结构的精细化数值模型,并进行静动力特性分析,同时对比工程计算简化模型和现场试验测试结果.分析结果表明:基于精细化数值模型得到的空腹夹层板静动力特性计算值与试验研究值较为接近,验证了精细化数值模型的合理性和准确性;同时剪力键高度和混凝土板的厚度对空腹夹层板的竖向挠度影响显著,而剪力键高度对空腹夹层板的固有频率影响显著.结果对建立精确的空腹夹层板结构模型提供重要参考.     

钢-混凝土协同式组合空腹夹层板楼盖舒适度分析

钢-混凝土协同式组合空腹夹层板由于跨度较大,自重较轻,舒适度是评价其结构性能的主要指标.针对某筒中筒结构楼盖,考虑不同网格布置方式、有无隔墙和不同行走路线影响进行振动响应分析.分析表明,楼盖低阶振型表现为竖向振动;加速度峰值在网格为正交正放,行走路线通过低阶振型中心时最大;有隔墙时空腹夹层板的自振频率和峰值加速度要低于...     

基于平板空腹结构刚度特性的最合理结构高度确定

为确定平板空腹结构的最合理结构高度,对平板空腹结构的刚度特性进行了研究。运用解析法得出了任一平板空腹结构均存在一个最合理结构高度使结构刚度最大、变形最小的结论;总结出上下弦截面尺寸、竖腹杆截面尺寸等主要几何参数对最合理结构高度值的影响规律;并推导了最合理结构高度的计算公式。最后运用有限元方法验证了上述结论的正确性和最合理结构高度计算公式的有效性。     

正交网格混凝土密肋式锥面网壳的静力性能分析

混凝土密肋式锥面网壳是通过等分圆锥面后,由密肋平板在脊线处交汇形成的新型网壳结构。为了解其静力性能,通过数值模拟分析结构在竖向荷载作用下的变形和内力分布,并考虑矢跨比、边梁刚度、脊线刚度、密肋梁刚度和板厚等参数的影响。结果表明：密肋梁会协同脊线工作,且脊线和边梁为结构的主要传力构件;矢跨比的变化对结构刚度影响不明显,但对内力分布影响显著,建议矢跨比不宜大于1/4;增大边梁刚度可提高结构的整体刚度,边梁截面高度可取结构跨度的1/45～1/35;增大脊线刚度并不能显著改善结构的整体刚度,脊线截面高度可取结构跨度的1/55～1/45;密肋梁刚度的增大会显著降低结构的最大挠度,密肋梁的截面高度可取结构跨度的1/85～1/65;屋面板厚对结构刚度影响较小,板厚满足构造要求即可。     

钢-混凝土组合空腹夹层板关键部位力学特性分析

为了准确掌握钢-混凝土组合空腹夹层板剪力键节点及支座处上下肋的受力特性,建立了壳-实体单元精细化有限元模型。选取一块平面尺寸12×12m的正交正放钢-混凝土组合空腹夹层板,考虑材料的非线性影响。根据精细化的有限元法计算结果可知,剪力键节点在不同位置受力有很大差别,但均受力合理,而支座处空腹截面则容易产生应力集中,如果做成实腹截面则受力合理,且能很好地控制变形。