利用ObjectARX 技术开发组合网架自动设计软件

利用ObjectARX2000/2000i/2002在AutoCAD2000下编制了组合网架结构CAD程序,使用者只需利用AutoCAD常规绘图方式输入组合网架的图形、支座和结点荷载,即可自动形成空间网格的结点及杆件信息,并可进行图形及数据检查;然后利用AutoCAD ObjectARX与Visual C++的接口,采用组合网架的杆元分析法,进行结构内力分析,得到结点位移及杆件内力等计算结果并自动选择杆件最优截面,并用图形方式显示出结构内力、杆件选用等计算信息,最终形成施工图.同时自动计算结构总用钢量及混凝土用量,实现了组合网架结构的自动设计.     

支承形式对正放四角锥网架抗火性能的影响

采用ANSYS非线性有限元分析软件,建立正放四角锥网架在高大空间火灾作用下的热-结构耦合有限元计算模型.考虑边界不同支座弹簧刚度的影响,对该模型在火灾均匀温度场中的全过程反应进行数值模拟计算,同时研究均匀升温条件下杆件的内力变化情况.结果表明:采用不同支承形式时,无论法向弹簧刚度多大,周边支承形式的网架结构临界温度均最高,具有更优越的抗火性能;采用同种支承形式的正放四角锥网架时,其法向弹簧刚度越大,临界温度越高;在升温过程中,法向弹簧刚度大小对同一上弦杆内力影响较小;均匀升温条件下,各上弦杆件内力呈现出由角部向跨中先减小后逐渐增大,沿网架边界由角部向中间逐渐减小的变化趋势,随着弹簧刚度的增大,内力最大杆的位置由角部转移到跨中.     

多点激励下大跨度网架结构的地震反应分析

为了研究地震行波效应对大跨度结构的影响,采用时程分析方法对大跨度网架结构进行了多点地震输入下的反应分析,并与一致地震输入结果进行比较,得出了地震行波效应对结构的影响。结果表明:随着视波速的减小,行波效应对结构的影响增大,上部网架超载杆件百分比与行波效应影响系数大于1.2及1.6的网架杆件百分比均增加;行波效应对下部支承柱的影响依据柱子空间位置、内力类型、视波速大小、地震波水平分量输入方向不同而不同。因此,在大跨度网架结构设计中应注意多点地震作用对支座附近杆件的影响,在对支承柱进行多遇地震下的抗震计算时建议对下部边跨各柱弯矩放大1.2倍,跨中各柱弯矩放大1.4倍,各柱轴力放大1.2倍。     

五跨弹性支承连续深受弯梁的内力计算

给出界限刚度系数ξｂ和相对柔度系数η的概念,并通过有限元计算给出了ξｂ的数值。当连续梁的Ｋ／（Ｅｂ）≥ξｂ时,可按铰支连续梁计算;当连续梁的Ｋ／（Ｅｂ）〈ξｂ时,应按弹性支承连续梁计算。当相同跨数的弹性支承连续梁的相对柔度系数η相等时,其支座反力相同。编制弹性支承连续梁的内力计算表格只需跨数和相对柔度系数两个参数。     

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.     

复合桩基梁式承台受力性状模型试验

通过梁式承台系列的复合桩基室内模型试验,研究了极限荷载下不同桩距的桩-承台-地基土的受力性状.试验结果表明:承台梁在墙下条形荷载作用下,地基反力分布呈马鞍形;随桩间距的增大,桩对承台梁的支承作用逐渐增强,承台梁由整体受弯过渡到局部受弯,在梁式承台下桩的支承性质为弹性支座.建议在承台梁内力计算中,应结合上部荷载形式和地基反力的分布,考虑桩距对承台梁内力的影响,及桩间距增大对桩支承作用的增强效应.     

三层网架模型试验研究

本文介绍了4.4×6.8×0.48m棋盘形四角锥三层网架模型试验的方法及结果。试验表明,三层网架是一种安全可靠、刚度较大,内力分布更加均匀的新型结构。网架挠度、杆件内力的实测值和按空间桁架位移法计算的理论值吻合较好。     

已知周边荷载条件下单跨平面框架结构的弹性动力分析

单跨平面框架结构的动力分析方法有很多种,如取为单自由度的等效静载分析方法,将顶、侧、底荷载分别单独作用进行简单叠加的分析方法以及取顶、侧、底荷载最大值作为静载同时作用的分析方法等。但由于简化的结果都不能反映出结构的真实受力过程和结构内力的实际最大值,仅给出一个很粗糙的近似值。本文利用集中参数法对框架结构按三个自由度分析。可以计算任意已知周边荷载条件下的内力。取结构分别在顶、侧、底荷载单独作用下其对应受荷构件中点产生的位移为基本变量。根据叠加原理、哈密顿原理建立运动微分方程系。求解方程系便可确定框架上任何一点 S 在任一时刻 t 的位移 W(S,t)。用数值积分法求解,找出位移最大值。由微分关系,进而得出最大内力值。最后以浅埋土中单跨框架工事为例,算出结构各特征点上的内力值。并给出一组核爆冲击波作用下土中浅埋框架结构顶、侧、底边端点和中点上的内力系数表。     

网架结构竖向抗震性能评估的等效简化模型

为建立分析效率高、计算精度高的网架结构竖向抗震性能评估方法,采用考虑结构质量分布的模态推覆分析荷载模式,对基于整体刚度参数的等效单自由度体系建立方法进行了改进.分析了网架结构竖向振动受重力作用影响显著、且竖向振动显著不对称的特点.假定网架结构向上振动时的等效荷载-变形关系为完全弹性,建立了简化的模态等效单自由度体系模型.给出了基于简化模型分析网架结构竖向地震反应和评估其竖向抗震性能的基本过程.数值算例表明,所提等效简化模型方法可较为精确地预测网架结构的竖向位移反应(跨中位移误差小于5%)和进入塑性的杆件分布位置,同时,简化方法计算耗时大幅低于非线性时程分析,易被设计工程师掌握使用.     

大跨度屋盖结构等效静力风荷载数值计算方法

基于大跨度屋盖结构等效静力风荷载计算的复杂性,提出了极值效应等效静力风荷载的概念和应用数值优化原理计算大跨度屋盖结构内力等效静力风荷载的方法.以几内亚体育场主看台悬挑屋盖为例,计算得到其位移等效静力风荷载;以巴哈马体育场主看台悬挑屋盖为工程背景,基于两类不同目标函数按最小二乘拟合得到内力等效静力风荷载.并分别给出两组内力等效静力风荷载作用下的杆件极值内力误差分布,分析了基于两类目标函数的拟合方法各自的优缺点.算例与分析表明该方法实用性很强,既方便设计使用,又有相当高的精度,可以满足工程设计的需求.     

中小型火车站站房屋盖结构简化计算方法

中小型铁路车站站房候车大厅常采用上部为正放四角锥网架屋盖,下部为钢筋混凝土框架结构的结构体系.以沪昆高铁平坝南站站房为例,采用3D3S结构设计软件分别建立了站房整体模型与网架单独模型.通过在下部简化结构模型的各柱顶施加单位水平力,计算下部结构柱顶的水平刚度,引入这一刚度进行网架单独建模.对比分析了网架结构单独模型与整体模型的跨中挠度、支座反力和杆件轴力.研究表明,提出的单独网架模型与整体网架模型相比,网架结构受力性能非常接近,下部结构支座反力的偏差也在可接受范围内,验证了引入下部结构刚度的网架结构简化计算方法的合理性.     

水平弹性支承系杆拱桥的理论计算

为研究矢跨比、拱肋刚度和水平弹性支承刚度等设计参数对结构受力特性的影响,根据结构力学的力法导出了水平弹性支承的等截面抛物线拱在均布荷载作用下内力的计算表达式,便于结构设计初步阶段结构参数的确定.算例中本文公式计算结果与有限元计算结果一致,验证公式推导的正确性.分析结果表明:水平弹性支承的系杆拱桥可以根据支座水平刚度比不变、结构水平总刚度不变的原则进行简化.     

斜放类空间平板网架考虑剪切变形交叉梁系力法

文[1],[2]、[3]提出的交叉梁系力法及荷载分配法均是以力法原理为基础,是分析正放类交叉梁系平板网架各杆内力的一种较好的方法,并建立了不同边界条件的各类典型方程。它们的优点是简单易懂,计算机所需容量小,且计算精度满足工程设计要求。但是斜放类平板网架,特别是具有点支承的斜放类平板网架,文[1]、[2]、[3]的典型方程就不完全适用,而拟夹层板法也仅适用于正放类平板网架,因为斜放类的各向异性板,其微分方程十分复杂,求解困难。本文根据斜放类平板网架的力学特性,推导出在各种边界条件下的力法典型方程,并考虑腹杆剪切变形的影响,从而扩大了力法解的应用范围,为编制正交正放、正交斜放平板网架力法解的计算用表建立完整的理论基础。本文已在某体育馆的正交斜放网架屋盖中应用(44×44~M),其计算精度满足设计要求,创造了用小型微机(PC—1500)分析较大跨度平板网架杆件内力的先例。     

四边支承单层柱面网壳减震体系性能分析

探讨约束屈曲支承(BRB)在四边支承单层柱面网壳结构减震中的适用性。采用有限元分析程序ANSYS,分别对无支撑柱面网壳、加BRBs柱面网壳、加传统支撑柱面网壳做了动力时程响应分析,比较3种情况下网壳节点位移和杆件内力变化情况,分析BRBs消能减震效果,同时对BRBs布置方案做了优化.在网壳屋盖内合理布置BRBs可有效吸收地震能量从而减小网壳结构自身的地震响应,结构位移及杆件内力大幅度下降.BRBs工作性能明显优于传统支撑.     

索托网架结构在干煤棚工程中的应用

提出了一种适用于大跨度干煤棚工程的结构形式——索托网架.通过与斜拉网架结构的对比分析,研究了索的位形对索力、网架特征部位杆件内力、杆件与索内力的比值以及挠度的影响,得出了索的合理位形.结果表明:索托网架结构可以更加充分发挥索应力高的特性,具有结构合理、用钢量低、净空高等优点,符合大跨度干煤棚的要求.     

等截面连续梁合理边中跨跨径比

在不同跨数和不同边中跨跨径比的情况下,对等截面多跨连续梁结构的受力特性进行了分析.以结构的支反力、控制截面的最大正、负弯矩整体最小为目标,找出结构的最优边中跨跨径比.结果表明:无论是在均布荷载作用下还是在集中荷载作用下,边中跨跨径比接近0.8时,结构所受的支反力和弯矩较小,受力最合理,且结构受力基本不随跨数的改变而有较大变化.     

三跨刚架弯矩分配传递无限次的闭合解

多高层建筑框架在竖向荷载作用下的内力,在近似分析时,通常采用分层法,按无侧移刚架用弯矩分配法求解。该文对分层后的单跨、双跨与三跨刚架用弯矩分配法对结点的不平衡力矩进行无数次分配传递,求得无数次分配弯矩和传递弯矩之和,得闭合解。     

正放四角锥网架敏感性分析及抗连续倒塌性能

为揭示正放四角锥网架的连续倒塌破坏机理,采用备用荷载路径法并结合基于构件承载能力的敏感性评价指标,对正放四角锥平板网架进行动力非线性分析,模拟了结构的连续倒塌破坏过程,分析了厚跨比、跨度和支承形式对网架结构抗连续倒塌性能的影响.分析结果表明,周边点支承正放四角锥网架结构中部下弦杆、中间支座处腹杆为敏感构件,结构中部上弦杆、中间支座周围腹杆和上弦杆为关键构件;周边支承网架冗余度指标分布规律与周边点支承网架相似,冗余度指标小于周边点支承网架;点支承网架角支座腹杆和上弦杆为敏感构件,敏感构件相邻腹杆及中间支座腹杆为关键构件.通过加强关键构件的截面尺寸,可以显著提高结构的抗连续倒塌性能.正放四角锥网架冗余度指标分布规律不随厚跨比、跨度的变化而改变,冗余度指标大小与网架厚跨比、设计应力比成正比,而与模型跨度关系不大.     

基于应变增量迭代的单桩分析方法

结合单桩荷载传递模型基本假定,提出一种计算分层土中竖向受荷单桩桩身变形和内力的迭代算法.该算法在假定桩顶沉降的前提下,通过对桩身应变和桩周土弹簧反力积分,求得桩身各部位的变形、内力及应变,并以桩身应变增量收敛控制迭代过程,进而得到桩身摩阻力和端阻力分布及相应的桩顶竖向荷载.算例分析表明,该算法对多种类型荷载传递函数具有良好的适应性,计算值与实测值和其他方法的计算值具有较好的一致性.     

不同支承平面下网架的抗火性能

考虑不同支承平面和边界的不同约束刚度条件,通过对正放四角锥网架结构在均匀温度场中结构反应的全过程分析,得到不同参数条件下,正放四角锥网架结构的耐火时间,构件内力及结构变形的特征.结果表明:考虑大空间平板网架结构的薄膜效应,采用下平面支承半刚性约束的网架结构,耐火时间长,内力和变形相对较小,从而具有更优越的抗火性能.