弦支穹顶结构的自振特性及地震响应分析

弦支穹顶结构是基于张拉整体思想和单层球面网壳技术的一种新型复合空间结构体系,为了研究弦支穹顶的自振特性和地震响应,采用有限元软件,对结构的矢跨比、撑杆高度、环索布置方式和预应力大小等进行了参数分析,并对单层网壳和两种不同布索形式的弦支穹顶结构进行了El Centro波地震响应对比分析。结果表明:矢跨比和撑杆高度对结构自振特性影响较大,而拉索预应力大小对结构影响较小。支座的弹簧刚度对弦支穹顶的高阶频率的影响不及对基频的影响,当弹簧刚度较小时,其对结构基频的影响基本上是线性的;刚度较大时,对基频的影响很小。在固定铰支承条件下,与单层网壳结构相比,弦支穹顶不能减小地震产生的结构位移的振幅。弦支穹顶结构整体内力值偏大,在布索层数相近的情况下,不同的弦支穹顶的撑杆和拉索的内力变化趋势和数值相近。     

多维地震作用弦支穹顶结构动力稳定及对比分析

弦支穹顶结构是一种新型预应力结构体系,综合了单层网壳结构和索穹顶结构各自的优点。以具有实际工程意义的50m跨度凯威特型弦支穹顶结构作为研究对象,讨论了弦支穹顶结构的动力失稳特点;对比分析结构分别在一维、二维和多维地震作用下的动力稳定性,考虑了矢跨比对结构动力稳定性的影响。为弦支穹顶结构的工程应用提供有价值的参考。     

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.     

大跨弦支穹顶结构的动力反应分析

采用大型有限元软件ANSYS对大跨弦支穹顶结构的自振特性和地震响应进行了计算分析.考虑了不同初始状态对结构频率分布及振型特征的影响,比较了弦支穹顶结构和单层网壳结构自振特性的差异.计算了多点地震动波速输入下,大跨弦支穹顶结构的动力反应.研究结果表明,行波效应对大跨弦支穹顶结构的地震响应影响显著,特别是当多点输入相位差较大时,结构的内力和位移峰值都会有明显的增大,当场地土土质较软时不能忽略行波时滞的影响;常遇地震输入下,大跨弦支穹顶结构的位移和内力变化都较小,计算中可以不考虑几何和材料的非线性.     

葵花双撑杆型索穹顶预应力及多参数敏感度分析

提出了一种新颖的葵花双撑杆型索穹顶结构,具有斜索数量少、施工张拉成形方便、可有效防止环索滑移等显著特点;基于节点平衡方程,给出了全套预应力态索杆内力的递推计算公式,对结构的下弦环索数、矢跨比、下弦节点位置、是否开设内孔等参数做了72个算例,并验证了预应力态索杆内力计算公式是精确解.分析结果表明,结构预应力态时索杆内力从内圈向外围是成倍递增的;下弦节点位置沿竖向与水平向发生改变后,均使预应力态索杆内力发生较大的变化;矢跨比在0.1～0.2范围内时,矢跨比对索杆内力的影响较小;说明了结构矢跨比、结构中部是否开孔属非敏感性参数,而下弦环索数、下弦节点位置则属敏感性参数,在进行结构设计时应重点考虑.该结构形式的提出为索穹顶的选型、设计计算和施工提供了新方案、新思路.     

不同极限状态下弦支筒壳结构的力学性能和可靠性能

提出一种预应力空间结构体系——弦支筒壳.采用基于响应面函数的蒙特卡罗法,运用APDL语言编制相应的计算程序;研究了弦支筒壳的稳定性及其整体屈曲失效模式下的可靠性;分析了矢跨比、垂跨比、撑杆数目和预应力作用等对结构承载力和变形失效模式下可靠性的影响,给出了基于结构可靠性的上述参数的合理取值.分析结果表明:弦支筒壳的屈曲特征值、非线性屈曲临界荷载值和整体稳定性的可靠度指标均比单层筒壳大幅度提高;矢跨比和垂跨比对结构可靠度的影响较大,而撑杆数目对其影响较小;预应力值的改变对结构承载力失效和变形失效的影响较大,而对整体屈曲失效的影响较小.     

大跨度Kiewitt型弦支穹顶结构的自振特性分析

弦支穹顶结构是由单层球面网壳和下部张拉体系组合而成的一种新型的空间结构体系,以120m跨度K8型弦支穹顶结构为例,采用分块兰索斯(Lanczos)法对其自振特性进行了分析,分析时考虑拉索预应力、撑杆高度、结构跨度和荷载等4个因素对结构自振频率的影响。结果表明:当拉索预应力增大到一定程度,再增加预应力对结构的自振频率影响有限;结构自振频率随着撑杆高度的增加而增大;小跨度弦支穹顶与单层网壳自振模态相当接近,但大跨度弦支穹顶与同等跨度下的单层网壳自振模态明显不同。     

大跨度 Kiewitt 型弦支穹顶结构的自振特性分析

弦支穹顶结构是由单层球面网壳和下部张拉体系组合而成的一种新型的空间结构体系,以120m 跨度 K8型弦支穹顶结构为例,采用分块兰索斯(Lanczos)法对其自振特性进行了分析,分析时考虑拉索预应力、撑杆高度、结构跨度和荷载等4个因素对结构自振频率的影响.结果表明:当拉索预应力增大到一定程度,再增加预应力对结构的自振频率影响有限;结构自振频率随着撑杆高度的增加而增大;小跨度弦支穹顶与单层网壳自振模态相当接近,但大跨度弦支穹顶与同等跨度下的单层网壳自振模态明显不同.     

考虑杆件屈曲网壳结构动力稳定矢跨比优化

为研究在动力载荷作用下考虑杆件屈曲的单层球面网壳结构对矢跨比的敏感性,本文采用非线性有限单元法,对四种不同矢跨比的存在杆件缺陷的单层球面网壳结构进行非线性稳定全过程分析.研究结果表明:考虑杆件屈曲的单层球面网壳结构在动力载荷作用下的稳定性因矢跨比的不同有较大差异,并通过比较得出较优矢跨比.通过本文的研究,为在动力载荷作用下考虑杆件屈曲的单层球面网壳结构矢跨比设计提供理论依据.     

单层椭圆抛物面网壳在地震作用下的动力稳定性分析

以平面30 m×30 m,矢跨比分别为1/6,1/7,1/8和1/9的椭圆抛物面单层网壳为对象,利用ANSYS非线性动力软件,研究其弹塑性动力失稳。计算中考虑几何和材料非线性效应,并对几何缺陷、阻尼、不同地震波及其输入方向等对稳定性的影响进行了分析。结果表明:该结构的动力失稳一般伴随着较大的塑性变形,具有明显的突发性;在水平地震作用下动力稳定临界荷载明显低于竖向地震作用下的临界荷载,以两向地震作用下最低;在水平地震作用下,较大矢跨比时动力稳定临界荷载较低;杆件截面的增大可显著提高该结构的水平刚度和动力稳定临界荷载;几何缺陷能显著降低网壳结构的动力稳定临界荷载;考虑Raleigh阻尼模式,其临界荷载提高不足7%。     

单双层球面网壳结构非平稳随机地震响应研究

在随机振动虚拟激励法的理论基础上,采用改进的C-P随机模型和有限元程序AN SY S 8.0,对一致地震动输入下周边双层中部单层球面网壳结构的非平稳动力响应进行分析.分析结果表明:单双层网壳结构形式在地震作用下受力是合理的,结构的水平(X)和竖向(Z)动位移都比较大,工程设计时应该考虑耦合效应;增加网壳结构的矢高,单双层网壳结构的面内刚度增大,面外刚度减小;增大网壳结构的单双层跨度比对结构的面外刚度影响不大,但是却使结构的面内刚度明显减小;单双层网壳连接区域刚度的突变对结构地震响应的影响发生在与连接区域相邻或者相近的节点和杆件上,而且这种影响随着单双层跨度比的增大而趋于平缓.     

高温高压气井预应力固井技术研究及现场实验评价

随着石油天然气资源开采规模的增加,油气资源开采难度越来越大,深井、超深井、复杂井、高难度井数量不断增加,固井难度也不断增加,固井质量和井筒完整性面临严峻考验。预应力固井技术作为一项与材料力学相结合的前沿技术,通过先期采用不同的方法对套管周向施加一定的预应力,保证套管刚性的条件下发生弹性变形,外作用力消失后可有效降低水泥环与套管之间微环隙的产生。本文开展了预应力固井技术的研究和现场应用试验,形成了一套适合高压气井的预应力固井工艺技术,总结出预应力固井技术现场施工方案、技术措施,形成了一套预应力固井技术和配套的地面施工工艺措施,用以提高固井第一界面的胶结质量,减少气窜的可能性。     

行波效应对大跨度空间网格结构地震响应的影响

建立了一系列的标准正方形平板网格模型,分别采用时程分析法和随机振动虚拟激励法分析了不同跨度的网格模型在不同视波速的行波激励下的地震响应,并与一致激励下的地震响应进行了对比．结果表明,行波效应对网格结构杆件应力的影响随行波视波速的减小而增大,且对不同位置杆件的应力值的影响有所不同;当行波视波速小于500m／s时,行波效应对跨度大于60 m的网格结构控制杆件内力的影响程度大于lO％;当行波视波速一定时,行波效应对杆件控制内力的影响随网格结构跨度的增大而增大,不同地震激励下的行波效应差别很大．可见,行波效应对大跨度空间网格结构地震响应的影响显著;在空间网格结构抗震设计中,当结构跨度大于60 m、行波视波速小于500 m／s时,必须考虑行波效应对网格结构控制杆件内力的影响．     

强震作用下双层球面网壳结构非线性动力响应分析

针对大跨网壳结构的动力特性,提出了在强烈地震作用下双层球面网壳结构的非线性分析和结构动力稳定性判别方法.单元模型中考虑几何非线性和材料非线性的双重影响.分析时,以静力荷载作用下的受力状态作为时程分析的初始状态,采用B-R判断准则确定其临界荷载,通过加速度峰值-结构最大位移曲线来判别结构的动力稳定性,据此找出其动力失稳临界点及破坏规律.通过算例验证了本文方法的有效性.分析结果表明,双层球面网壳结构考虑双重非线性是必要的;一致缺陷模态对结构承载力的影响比振型模态缺陷的影响大.     

考虑边界土体性质悬跨管道振动特性分析

海底管道是海洋油气传输的生命线,其悬跨段的固有频率是决定动力响应状态的关键.建立了考虑边界土体性质的悬跨管道计算模型,通过土弹簧动刚度的变化描述海床土性质的变异.在此基础上进行悬跨管道的固有振动特性分析,分别讨论了边界土体性质、外部环境荷载、管道轴向力以及悬跨长度等变化对管道固有频率的影响.结果显示:跨长对管道固有频率影响最为明显,且对于不同的影响因素,悬跨管道的频率呈现不同的变化特征.     

钢管拱桁架在地震作用下的动力响应研究

研究了单榀钢管空间拱桁架在地震荷载作用下的动力响应。采用ANSYS/LS-DYNA非线性有限元动力分析程序,探讨了该结构在竖向输入El-centro地震波作用下的动力响应,以及在各级地震荷载作用下,如何计算拱桁架的动力响应。指出结构的位移和内力响应随地震加速度峰值的增加呈非线性变化;支座附近的杆件塑性应变响应最大,发展最快,首先达到材料的极限应变而退出工作;在地震响应中,该结构支座附近的杆件是最薄弱的部位。     

底板水平布置的连续刚构桥地震反应分析

云南省龙陵至腾冲二级公路上的龙腾大桥,采用变连续刚构桥方案,桥跨布置为58m+102.25m+63m,其桥址位于八度地震区,需要进行抗震设计;依据抗震准则的设计目标,进行了地震作用下的抗震分析,包括自振特性分析,反应谱分析和动态时程分析;并以此为合理的结构抗震设计提供明确的依据。     

水流、波浪作用下复杂桥墩动力响应

为了明确水流和波浪作用下复杂桥墩动力响应特点,以某4柱桩柱式框架墩连续梁为依托,运用ANSYS建立桥梁（墩）-水耦合数值分析模型,分析桥墩在水流作用下绕流,对单墩和桥跨结构中该墩在不同流速、不同波高以及波、流联合作用动力响应进行研究。研究表明：绕流分析显示各墩柱速度场和压力场不对称;水流单独作用时,动力响应均随着流速和水深的增加而增大;与单墩相比,由水流产生的桥梁结构中桥墩动力响应小,且动力响应随流速和水深增加而逐渐增大;波浪单独作用时,单墩和桥梁结构中桥墩的动力响应均在波峰作用时产生最大值,在波谷作用时产生最小值;随着波高增加,桥墩和桥梁动力响应在波峰和波谷处动力响应最值随之增大;随着入水深不断增加,波浪对单墩和桥梁结构中桥墩的动力作用越显著;波、流联合作用时,桥梁结构中桥墩动力响应均随着波高和水深增加而增加,波峰时动力响应最值随着流速增加而增大,波谷时动力响应最值随着流速增加而逐渐减小,水流影响系数最大12.96%,表明波浪在动力响应中起主导作用;波浪波向和水流流向相同时,波、流联合作用动力响应并非两者单独作用叠加。     

大跨双坡屋盖结构等效静风荷载研究与参数分析

等效静风荷载是描述大跨空间结构动力风荷载的有效方式。运用Ansys软件进行结构风致响应时程分析,进而研究大跨双坡屋盖结构等效静风荷载。针对风向角、屋面坡度、结构高度和跨度等参数,系统性开展双坡屋盖结构的等效静风荷载的参数分析,为工程设计提供参考依据。研究表明,在0°风向角下屋盖结构等效静风荷载值最大;随着风向角增大,结构的等效静风荷载减小;随着结构高度和跨度的增加,结构等效静风荷载增大,且其分布发生变化;屋面坡度对于结构等效静风荷载的影响较为复杂,适当增大屋面坡度对结构抗风有利。     

大跨度矩形巷道围岩失稳破坏机制及数值模拟

巷道围岩的失稳破坏是资源开采阶段面临的重要问题。首先,对巷道围岩失稳机制进行了理论分析,探究巷道稳定性的主要因素,并基于ANSYS/LS-DYNA仿真平台对不同跨度巷道（4 、6 、8 、10 m）进行动静荷载耦合响应数值模拟分析。结果表明：当巷道埋深、底板梁厚度等因素一定时,巷道跨度是影响巷道围岩失稳的主要因素。巷道围岩在初始静应力场作用时,第一主应力随着跨度的增加呈现逐渐增大的趋势;跨度的增加（10 m）会使巷道围岩x和y方向的应力发生突增现象,均在巷道底板处有相对较大的拉应力。巷道跨度的增大,导致左右两帮的移近量有所增加;顶板下沉和底板隆起的程度显著增加,加剧巷道失稳破坏风险。在静动荷载耦合作用下,巷道围岩发生失稳破坏,破坏程度随跨度的增加而增加。