交错桁架钢框架结构抗震设计方法研究

为实现交错桁架钢框架结构的延性设计,提高结构的抗震性能,通过研究桁架腹杆设计方法与结构层间位移角限值要求,提出了一种交错桁架钢框架结构抗震设计方法.首先分析了交错桁架钢框架结构中桁架的典型破坏机制,基于桁架空腹节间弦杆破坏的理想失效模式,提出了水平地震作用下桁架杆件的内力计算模型及罕遇地震作用下腹杆内力的调整方法;其次,基于桁架理想失效模式和极限变形能力,分析了罕遇地震下桁架层间位移角的组成,推导并提出了不同空腹节间距下结构的弹塑性层间位移角限值;最后,提出了水平地震作用下交错桁架钢框架结构抗震设计方法及流程.算例分析表明,采用本文提出的抗震设计方法,能有效地耗散地震能量,实现结构"强腹杆弱弦杆"和"大震不倒"的抗震设计目标.     

定性分析结构位移与其截面刚度的关系

围绕结构力学中增加结构各杆的截面刚度是否一定能减小结构位移的问题,运用函数单调性的判定法对平面直杆结构在荷载作用下产生的位移与其截面刚度的关系进行了定性分析,并用算例证明了分析结果.结果表明：对于平面直杆结构,增大各杆的截面刚度,有时不能减小结构位移.     

钢桁架-混凝土板组合屋盖结构静力特性研究

详细介绍了一跨度为44m立体钢桁架-混凝土板组合楼盖的结构形式。采用基于壳单元和杆单元的有限元模型对组合空间桁架结构与普通钢桁架结构进行理论分析,对比得到了组合空间桁架结构的位移、轴力及混凝土板应力。介绍了组合空间桁架各杆件及上弦节点设计。研究表明。组合空间桁架上层混凝土板受压,应力分布比较均匀,可以充分发挥材料的强度,有效地节省材料;上弦杆轴力较普通钢桁架小的多;下弦杆轴力分布由支座向跨中逐渐增大;腹杆轴力分布由支座向跨中逐渐减小。     

钢交错桁架结构动力计算模型的研究

为研究钢交错桁架结构在地震作用下的动力特性,在现有动力计算模型的基础上,提出一种用于研究该结构横向抗震性能的新模型——伪空间模型。基于提出的伪空间模型,运用有限元分析软件SAP2000,进行相应的模态分析和静力弹塑性分析,并与空间模型的计算结果进行了比较。分析结果表明伪空间模型可以较好的模拟钢交错桁架结构的横向抗震性能。     

细长受压杆的分岔特性研究

利用Lagrange描述法建立了受压细长杆因弯曲引起的轴向位移与横向位移之间的关系,并建立了由偏微分方程组描述的非线性动力学模型.通过对偏微分方程组的简化,得到了仅含三次非线性项的非线性动力学模型,并利用谱截断方法对此模型进行降阶.利用Lyapunov第一近似理论讨论了降阶模型的分岔特性.研究表明,受压细长杆在弯曲过程中Lagrange坐标的不变性为研究其动力学行为带来极大的便利,压杆的稳定性分析宜采用Lagrange描述法;当忽略杆由压缩引起轴向位移时,由弯曲引起的轴向位移与横向位移之间不存在耦合作用;当轴向压力小于某个值时,压杆只有直线一种平衡状态,且为稳定的;当大于这一值时,直线平衡状态失去稳定性而分支出两个稳定的非直线平衡状态,因而发生叉形分岔.     

大跨度钢管桁架结构施工顺序优选分析

以兰州大学体育馆实际工程为背景,采用有限元软件Midas Gen对大跨度钢管桁架结构施工过程进行分析.通过对吊装过程中钢管桁架各杆的轴力和应力进行验算,验证吊装过程的安全性.首先提出从左至右、从中间至两边和从两边至中间的3种吊装施工顺序,然后针对这3种安装顺序,分别对6～17轴施工阶段结构挠度和结构应力进行分析,最后对3种安装顺序对主桁架造成的位移和应力影响进行对比.结果表明,采用从两边至中间的施工方法可以有效抵消由桁架自重引起的几何积累效应,同时配合主桁架预起拱技术,使得整个桁架结构安装达到最佳状态.     

多层与高层错列桁架钢结构体系抗侧力性能对比

为了明确多层和高层错列桁架钢结构体系抗侧力性能的异同,建立了总高7、13、19层的3种结构模型进行三维整体计算,分析了不同的结构布置、抗侧力构件和桁架形式的选取对结构内力、水平位移、自振周期及振型的影响。分析结果表明,高层结构的侧移比多层结构更难控制,高层结构需比多层结构使用更大刚度的抗侧力构件。建议:高层错列桁架结构采用混合桁架形式,其受力和抗震效果好于采用帕氏桁架形式;高层错列桁架结构宜在纵向设置剪力墙,宜在横向设置偏心支撑。     

长悬臂桁架受横向集中力的拓扑优化

用解析方法推导拓扑优化最小重量长悬臂桁架.桁架在应力约束下,自由端受横向集中力作用,桁架宽度为常数,它的节长、结点坐标、腹杆和弦杆的角度,以及所有杆的横截面尺寸均为设计变量.分析结果表明,拓扑优化桁架中的各节腹杆的位置和横截面面积相同,中间结点位于每节1/4位置.当结构长度趋于无限长时,腹杆趋于30°,60°,相对45°桁架的体积差别不大,与类桁架连续体的体积差别也很小.     

考虑保温箱作用的电除尘器壳体顶梁结构优化设计研究

对电除尘器壳体顶梁结构提出了一种优化设计思路:即将保温层与原壳体箱形截面顶梁组合成一个桁架梁系,增加了梁系的整体截面高度,使桁架梁系的抗弯承载能力比原壳体顶梁大幅提高,从而可以减小原箱形截面顶梁的壁厚,以节省钢材。为了研究桁架梁系的设计方法,结合一实际工程,首先,分别采用基于平截面假定的平面梁杆结构体系计算方法和壳单元空间有限元方法对桁架梁系进行内力分析。结果表明,采用平面梁杆结构体系计算方法得到的内力结果是基本准确的。其次,分析外界、保温箱与壳体之间气压差分布以及温差对桁架梁系的荷载作用,得到了最不利的气压差和温差荷载工况。第三,优选桁架梁系构形,在下弦构件集中力作用点处设置竖腹杆,且区格分布较为均匀的构形是较为经济合理的。考虑保温箱的承载作用,将原壳体顶梁优化改造为桁架梁系后,既能保证其承载安全可靠,又能明显节省钢材。     

带BRB的大跨度空间钢桁架结构减震性能分析

以大跨度空间钢桁架结构为研究对象,考虑钢桁架屋盖与支承结构共同工作,采用非线性时程分析的方法,研究屈曲约束支撑在整体结构中的应用及减震效果.通过对不同的BRB布置方案进行分析得出:BRB的布置方式直接影响其对整体结构的减震效果.仅在上部桁架中设置BRB时,减震效果有限;在下部支承结构中设置BRB可有效减小结构水平位移和钢桁架杆件的内力.综合考虑减震效果和经济因素,对于大跨度空间钢桁架整体结构,在下部支承结构中合理布置BRB,减震效果理想.     

考虑直角扣件失效的脚手架稳定性及振动特性研究

目的研究直角扣件失效下双排脚手架稳定性及振动特性的变化规律,验证采用振动频率理论判断脚手架结构体系中直角扣件失效的合理性与可行性.方法以6步3跨双排扣件式脚手架为对象,采用ANSYS有限元软件,分别考虑立杆方向和纵向水平杆方向直角扣件失效的工况,进行稳定承载力、振型和振动频率计算,建立各计算参数与直角扣件失效之间的关系.结果在立杆或纵向水平杆方向的直角扣件失效数量增加时,脚手架稳定承载力呈现出不同程度的下降趋势,且脚手架的振型由整体横向振动转变为立杆或纵向水平杆的局部振动,导致其振动频率减小.结论立杆方向直角扣件失效对脚手架稳定承载力下降的影响更大,且用振动频率理论判断脚手架直角扣件失效具有可行性.     

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.     

短杆钢箱桁架结构数值模拟方法探究

基于某短杆钢箱桁架渡槽实例,通过ANSYS大型有限元计算软件,分别建立了渡槽节段的实体模型和简化的梁单元模型;然后,根据渡槽实际受力情况设置了跨中集中荷载以及均布荷载两种荷载工况形式,并进行这两种工况下的位移和应力比较,找出梁单元模型与实体单元模型间计算响应的差异;最后,验证了梁单元模型在短杆桁架位移计算中得到的结果在误差允许范围内,引入了梁单元模拟短杆钢箱桁架结构时的应力包络系数,以指导类似短杆钢箱桁架结构数值分析计算。     

某观光大厅玻璃幕墙支撑桁架选型设计

为满足建筑设计的美观性和通透性要求,对某建筑观光大厅12m高玻璃幕墙的桁架支撑体系进行选型分析,采用有限元软件SAP2000分别对钢桁架支撑体系和索桁架支撑体系进行对比计算分析。计算结果表明,两种桁架体系的应力水平和位移情况均满足设计要求。在风荷载、地震荷载以及控制荷载组合工况作用下,钢桁架弦杆的应力比大于索桁架,腹杆应力比远小于索桁架,索桁架的位移略大于钢桁架的位移。综合位移与应力比的大小,选用索桁架作为玻璃幕墙的支撑体系。     

基于免疫粒子群-齿行法的桁架结构分层优化

针对考虑应力约束、位移约束和压杆稳定约束的桁架结构进行形状和尺寸优化,提出了一种基于免疫粒子群优化算法和齿行法的桁架结构优化算法.对形状和尺寸2类耦合变量进行分层处理.内层考虑各类约束条件,利用收敛速度较快的齿行法对给定形状的结构进行截面优化,使其自重最轻,将约束问题转化为非约束问题;外层则通过全局搜索能力较强的免疫粒子群算法对结构形状进行全局搜索,得出最终优化结果.通过37杆平面简支桁架桥和25杆空间桁架2个经典算例验证了所提算法的有效性.结果表明,所提算法采用内外层嵌套搜索,能够更好地处理2类变量的耦合关系,有效缩小了解空间的范围,具有良好的优化效果和较高的搜索效率.     

带伸臂桁架减振层高层结构抗风效果分析

建立某50层钢框架-混凝土核心筒三维空间结构模型,对原结构和装设伸臂桁架减振层的结构进行顺风向脉动风作用下的时程分析,探讨了减振层数量与布设位置对该结构抗风性能的影响.结果表明:合理的减振层数量及其优化设置可有效改善高层结构舒适度以及抗风性能;以层间位移角和结构顶层峰值位移为控制目标,将阻尼器连续布设在结构中部减振效果较好;以结构顶层峰值加速度为控制目标,将阻尼器连续布设在靠近结构顶部减振效果较好;在黏滞阻尼器的阻尼指数和总阻尼系数等参数不变的条件下,设置多道减振层高层结构的综合抗风性能优于设置单道带伸臂桁架减振层的高层结构.     

混合式交错桁架结构抗震性能研究

通过对一个五层混合武交错桁架结构1/3模型的拟静力加载试验,得到该结构在水平反复荷载作用下的P-A滞回曲线和骨架曲线.分析了该结构的延性及变形能力,并通过应变分析得到主要构件的受力特征.最后利用ETABS软件非线性分析功能对该模型进行了Pushover分析,得出结构中构件塑性铰的产生和发展规律并与试验结果对比发现该结构体系破坏机理属于梁(桁架)铰机制.     

交错桁架结构体系的楼板与钢桁架间滑移的理论分析

交错桁架结构体系的楼板与钢桁架间的滑移对交错桁架结构体系的承载能力及变形有极大的影响,不考虑滑移就不足以真实地反映出楼板与钢桁架的交互作用。本文根据基本弯曲理论,从理论上分析了交错桁架结构体系的楼板与钢桁架间的滑移,建立了滑移量S与截面剪力V之间的微分方程组,并求出了一典型交错桁架结构体系的楼板与钢桁架间滑移沿桁架理论分布。     

基于原型试验的黄土地区钢管—混凝土组合桩单桩横向抗力特性分析

为研究水平荷载作用下黄土地区钢管—混凝土组合桩的横向抗力特性,结合山西芮城某光伏发电厂桩基工程现场试验结果,分析了在水平推力作用下钢管—混凝土组合桩桩顶位移梯度、地基土水平抗力比例系数等的变化规律。研究结果表明:随着水平推力增大,不同埋深桩桩顶位移梯度均呈不断增大变化趋势,水平推力每增加3 k N,桩顶位移平均增大8. 07×10-2mm·k N-1;随着水平推力增大,桩侧地基土水平抗力比例系数呈不断减小变化趋势,水平推力每增加3 k N,地基土水平抗力比例系数平均减小79. 22 MN/m4;随着桩顶水平位移量增大,桩周地基土水平抗力比例系数均呈不断减小变化趋势,且水平位移量平均每增加0. 95 mm,地基土水平抗力比例系数平均增大29. 84 MN/m4。     

采用类桁架连续体的桁架结构拓扑优化方法

为了将非均匀各向异性类桁架连续体离散化为工程实际需要的杆系结构,分析了类桁架结构的性质和集中杆的确定方法,建立了类桁架结构的离散化方法.算例显示:采用先构造类桁架连续体,再离散化为杆系结构的方法是可行的,得到非常接近解析解的结果.