索拱结构布索方式研究与静力特性分析

通过研究纯拱在全跨均布荷载作用下的弯矩分配,探讨弦撑式索拱、弦张式索拱、车幅式索拱的布索方式。对比索拱结构与纯拱结构静力特性,包括变形对比,内力对比,拱脚推力对比,索拱结构均在一定程度优于纯拱结构。最后对比索拱结构与纯拱结构的经济性,将拉索用量换算计入用钢量,在相近刚度水平下,索拱结构与纯拱结构相比具有较好的经济性。     

索-拱结构面内稳定性研究

应用有限元方法对索拱结构的面内特征值屈曲及考虑几何非线性影响的非线性屈曲的平面内稳定问题进行了研究.程序中使用牛顿拉弗森法和弧长法对荷载位移平衡路线进行跟踪,研究了索对结构的极限荷载和平衡路径的影响.考虑了索与水平面夹角、索的根数及不同荷载作用方式、不同边界条件下索-拱结构稳定性能及变形性能的影响.结果表明:索可以非常有效地控制拱结构的失稳模态和破坏形式,提高其极限承载能力,影响破坏过程及后屈曲平衡路线,有效地克服了拱结构在半跨荷载作用下变形大、承载力低的缺点.     

波形钢腹板支架拱结构的局部稳定性能

针对一种新型煤矿巷道波形钢腹板支架拱结构,首先设计了六榀半圆拱形支架的局部稳定性能试验,研究不同翼缘宽厚比、腹板高厚比对波形钢腹板工形截面拱结构的局部稳定性能的影响;然后采用有限元软件ANSYS计算分析试验支架的局部屈曲性能,并与试验结果进行对比;最后进行了支架拱结构弹塑性局部屈曲分析.结果表明:翼缘宽厚比减小,构件的局部稳定承载力提高显著,当翼缘局部失稳后会导致构件整体变形加大,继而导致构件的整体失稳;腹板高厚比增大,其局部稳定承载力也随之增大,当腹板局部失稳时,会带动翼缘发生局部失稳,从而导致变形过大,加快构件的整体失稳;支架试验结果与有限元结果吻合良好,验证了有限元模型的正确性;适当增大腹板高度及厚度、翼缘宽度或厚度时均可提高腹板的局部稳定承载力,随着圆心角的增大(矢跨比增大),构件的翼缘局部稳定承载力逐渐减小,圆心角对腹板局部稳定承载力影响较小.     

考虑双重非线性的索-拱结构力学性能

应用有限元方法对桥梁工程中的索-拱结构及普通拱结构的静力性能进行对比研究。其方法是:对比研究索-拱与普通拱结构自重作用下的内力分布情况;通过对比索拱与普通拱主要控制截面的影响线研究2种结构在活载作用下的不同力学性能;结合牛顿-拉弗森法和弧长法,分别对索-拱与普通拱结构在考虑几何非线性及同时考虑几何与材料双重非线性情形的极限承载能力进行数值分析。研究结果表明,索可以非常明显地提高和改善纯拱结构的静力学性能;索-拱结构的静力学性能比普通拱结构的优。     

索-拱结构受跨中集中力作用时的稳定性分析

该文应用弹性稳定理论研究了纯拱结构和索—拱杂交结构受跨中集中荷载作用时的稳定问题，分别得出了稳定方程，并通过具体算例分析和比较了索的预紧力、索拱连接点位置对跨中集中荷载权限值的影响。所得结果对于设计索—拱结构有参考作用。     

弦支穹顶结构预应力张拉摩擦损失影响分析

弦支穹顶结构采用张拉环索方式施加预应力时,在索撑节点处因滑移摩擦产生预应力损失值大小的确定是结构成形理论中重要内容之一.以河北北方学院体育馆弦支穹顶屋盖为研究对象,基于改进的冷冻升温环索预应力摩擦损失算法,建立索撑节点摩擦因数为0.03、0.1、0.2、0.3、0.4的5种计算模型,探究索撑节点滑移摩擦大小对弦支穹顶结构内力及变形等参数的影响.研究结果表明:弦支穹顶结构张拉全过程中,取5种不同摩擦因数时各圈环索预应力变化趋势基本一致;结构第1~2两内圈环索因相邻索段间夹角较小使得索撑节点处滑移摩擦力增加,导致索撑节点平均预应力损失分别高达20.50%、15.19%,此值均大于取相同摩擦因数时的3~5圈环索;下部索撑体系的撑杆和拉杆最大应力随摩擦因数增加均逐渐增大且皆出现在屋盖短轴两端;索撑节点摩擦因数取值大小不影响上部网壳竖向位移分布规律,且对网壳下凹和上凸最大位移值影响很小;上部网壳采用类圆角矩形拓扑结构导致网壳节点竖向位移在张拉过程中,位于第3圈环索以内沿环向和径向上凸且呈均匀对称发展,周边支座至第3圈环索区域的网壳节点位移由长、短轴两端上凸向45°方向逐渐凹陷.     

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.     

连续斜系杆拱滨江大桥设计与稳定性能分析

介绍了滨江大桥主结构首次采用的无风撑三跨连续斜系杆拱(左斜20°)的设计构造,定性分析了该结构的主要受力特点,阐述了稳定分析的类型,采用第1类弹性稳定分析方法,建立空间有限元计算模型,对施工阶段、成桥以及运营状态进行了稳定性能的计算分析;同时对正交和斜交、单跨和连续端横梁刚度的影响进行对比分析.结果表明:在左斜20°时,对于刚性系杆刚性拱结构体系,桥面系刚度较大,结构的失稳主要表现在拱肋的面外失稳;而单跨与连续2种体系以及正交和斜交时的稳定性相差不大,在具有较多较强内横梁情况下,端横梁刚度对拱肋的稳定性影响不明显.     

太阳辐射下弦支穹顶叠合拱结构的温度效应

编制程序分析了茌平体育馆弦支穹顶叠合拱结构中室外钢拱在太阳辐射下温度场分布规律,结果显示太阳辐射下钢拱温度场为非均匀温度场,截面温度梯度和杆件平均温度较高.采用考虑太阳辐射影响的温度场研究了弦支穹顶叠合拱结构的温度效应,得到夏季太阳辐射对结构的温度变形和温度应力影响极大,且考虑太阳辐射影响的温度荷载为结构的控制荷载等重要结论.对支座约束刚度、钢拱合拢温度、钢拱刚度等影响弦支穹顶叠合拱温度变形和温度应力的参数进行了参数分析,研究表明,支座约束刚度对支座反力影响极大,但对结构温度变形和温度应力影响较小,钢拱合拢温度和钢拱刚度取值对结构的温度变形和温度应力影响极大.     

弦支穹顶结构预应力张拉的摩擦损失

为精确研究弦支穹顶预应力张拉施工过程中,索撑节点处滑移摩擦导致的预应力损失问题,基于冷冻一升温法,利用泛函中广义逆的概念,推导了计算弦支穹顶环索预应力滑移摩擦损失的迭代算法,研究了索撑节点处的滑移摩擦对弦支穹项结构预应力分布的影响,提出通过减小索撑节点滑移摩擦系数、多点张拉和超张拉等措施来减小预应力摩擦损失,算例表明该方法可有效模拟弦支穹顶结构的预应力摩擦损失,且所提出的补偿措施可较好解决预应力摩擦损失问题     

无铰抛物线拱非线性稳定分析

基于有限元程序ANSYS 10.0,在考虑几何非线性和材料非线性的情况下,对无铰抛物线拱进行了弹塑性全过程的屈曲分析。将拱结构初始缺陷和矢跨比作为主要影响因素,分析其对无铰抛物线拱失稳极限承载力的影响。计算结果表明:无铰抛物线拱初始缺陷越大,失稳极限承载力越小;随着矢跨比的增大,无铰抛物线拱失稳极限承栽力先增大后减小,存在一个理论上的最优矢跨比。     

无铰抛物线拱非线性稳定分析

基于有限元程序ANSYS 10.0,在考虑几何非线性和材料非线性的情况下,对无铰抛物线拱进行了弹塑性全过程的屈曲分析。将拱结构初始缺陷和矢跨比作为主要影响因素,分析其对无铰抛物线拱失稳极限承载力的影响。计算结果表明:无铰抛物线拱初始缺陷越大,失稳极限承载力越小;随着矢跨比的增大,无铰抛物线拱失稳极限承栽力先增大后减小,存在一个理论上的最优矢跨比。     

斜靠式拱肋系极限承载能力研究

以斜靠式拱桥拱肋系为研究对象,采用弧长法,对拱肋系的侧倾失稳全过程进行了跟踪分析,获得了失稳极值点,揭示了稳定拱肋刚度,主拱肋和稳定拱肋拱顶间横撑抗弯刚度,矢跨比,主拱边界条件对极限承载力的影响规律.研究表明:斜靠式拱肋系的极限承载能力随着横撑切向抗弯刚度的增大而增大,而稳定拱肋侧向抗弯刚度和抗扭刚度对极限承载能力的影响较小;主拱边界条件和矢跨比对斜靠式拱肋系的极限荷载有明显的影响.     

销钉间隙对组装式∏型井架前大腿变形与稳定性的影响

文中讨论了组装式Π型井架前大腿弹性稳定性的计算原理,并进而从理论上探讨了销钉间隙对前大腿的稳定性和横向变形的影响。认为按弹性稳定理论,销钉间隙对前大腿的稳定性不发生影响,只会加大其横向变形,但按弹塑性稳定理论,销钉间隙的存在则会降低其抗失稳承载能力。井架前大腿失稳时几乎都超过弹性范围,故严格说应按弹塑性稳定理论计算之。     

纯镍与GH3625合金热压缩行为研究及本构解析

利用Gleeble-3500热模拟试验机对铸态纯镍及GH3625合金在变形温度900～1200℃、应变速率0.1～10 s-1、应变量60％条件下,进行了热压缩实验.研究分析了纯镍以及GH3625合金的热塑性变形规律,并构建了本构方程,绘制了2种材料不同变形参数下的热加工图,分析了热加工图稳定与失稳区所对应的组织特征....     

基于双控法弦支穹顶伺服施工过程非线性分析

基于结构几何非线性有限元法,推导了弦支穹顶结构施工过程的非线性有限元分析格式,同时针对索撑节点摩阻力对结构的真实影响,分析了索撑节点摩阻力对结构非线性刚度矩阵形成的修正算法,进而提出了可考虑索撑节点摩阻力的基于对外形和索力双控的伺服施工过程方法,并编制了相应算法.该算法可实现对施工过程的外形和预拉力的双重控制,且施工成形终态可最大精度地获取设计态所需的结构位形和索力.实例分析结果验证了该方法的可行性和精度.该方法对于采用张拉环索法施工的弦支穹顶结构具有一定的普适性.     

强震下弦支柱面网壳弹塑性性能研究

为研究单层弦支柱面网壳结构体系在强震下的弹塑性性能,利用SAP2000分析软件,对长81 m跨度60 m支承于周边柱顶的单层弦支柱面网壳结构体系建立刚塑性铰模型,进行其在三种地震波(LWD波、EMC波、SH人工波)作用下的时程分析,采用动力增量法评定该弦支结构弹塑性阶段的变形能力、延性性能、破坏形态、极限承载力,以及索在整个过程中的工作性能。研究表明:进入弹塑性阶段后该弦支网壳结构主要在中部出现塑性铰,在三种地震波的作用下破坏时的峰值加速度分别为为:757 gal(LWD波)、634 gal(EMC波)、848 gal(SH人工波),明显在高于罕遇地震设防要求的加速度(400 gal)峰值发生破坏;弦支索与稳定索在三种地震波作用的整个过程中最大轴力为1 397.051 k N与293.307 k N,均未屈服或松弛失效,始终为网壳提供预应力,工作性能良好;弦支网壳结构在三向组合输入地震波作用下竖向位移延性系数最小值为1.47,其延性性能一般,这与其失效时进入塑性的杆件比例很小相对应,其破坏类型属少量塑性发展的稳定破坏,具有较大的危险性。     

考虑SD效应及初始缺陷影响的钢压杆弹塑性稳定分析

考虑钢压杆一般存在初变形和初偏心等初始缺陷及钢材拉压强度的差异,基于Jezek法推导在轴向偏心荷载作用下钢压杆弹塑性失稳破坏时的极限荷载公式.通过探讨SD效应、长细比及初始缺陷等因素对钢压杆弹塑性失稳破坏极限荷载的影响规律,拟合得到了两端简支的矩形截面钢压杆弹塑性极限荷载近似计算公式;所得解析理论与近似计算公式可以蜕化求解带初弯曲的轴压构件、带初偏心的压杆、理想的中心受压杆及压弯构件考虑SD效应时的弹塑性极限荷载.分析结果表明:考虑SD效应时钢压杆的弹塑性稳定极限荷载提高10.5%~12.2%.因此,在实际工程中考虑SD效应可以使钢压杆的强度得以充分发挥.     

隧道围岩稳定性及其支护作用分析

针对隧道设计中的围岩力学特性及其荷载效应、"支护-围岩"动态作用特点及支护结构体系的协同作用原理3个基本问题进行研究.首先基于对大量山岭隧道围岩变形监测结果的统计分析,指出围岩变形规律和基本特点,以隧道掌子面围岩变形加剧点、初期支护施作和围岩变形稳定作为3个关键节点对"支护-围岩"力学演化过程的作用特点进行分析.提出了"浅层围岩"与"深层围岩"组成复合围岩结构的新理念,对围岩失稳的动态特征进行阐述,并通过计算分析指出了隧道围岩失稳模式、失稳机理和失稳范围的确定方法.基于围岩失稳模式推导作用于支护结构的围岩荷载计算公式,它包括由浅层围岩确定的"给定荷载"和深层围岩传递的"形变荷载"两部分.建立支护结构体系的协同作用力学分析模型,分析了弹塑性条件下影响塑性区变化的关键因素,揭示了初步加固圈层与后续支护圈层的协同作用原理.研究结论对实现隧道工程的动态化、定量化设计和施工具有重要的指导意义.     

平面预应力索拱结构可靠度计算方法及参数分析

鉴于平面预应力索拱结构功能函数的复杂性,文章采用响应面法计算索拱结构的可靠度,分析了多种随机变量参数对结构可靠度的影响,得出了类似结构的分析方法。