马鞍形边界刚性屋面椭球形索穹顶受力性能分析

天津理工大学体育馆屋盖采用马鞍形边界刚性屋面椭球形索穹顶结构,本文以此为工程背景分析了屋盖在全跨均布荷载和半跨均布荷载下的受力特点,得到了位移和内力.考虑屋面系统后结构的刚度有较大提高,刚性屋面索穹顶结构设计中需要考虑屋面系统的作用.对预应力水平、水平支承刚度和撑杆高度进行了参数分析,结果表明:几何刚度对刚性屋面索穹顶整体刚度的影响小于对纯索穹顶的影响;撑杆高度对结构刚度的提高作用大于预应力水平的作用,实际工程中应优先采用提高撑杆高度的方式来提高结构刚度,在满足结构需求的条件下预应力应尽量小;边界刚度对索穹顶结构性能有较大影响,环梁边界的刚度无法达到3向铰接,结构的设计计算中应考虑弹性边界.     

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。     

Levy型劲性支撑穹顶自振特性试验

劲性支撑穹顶结构是近年来在索穹顶结构的基础上提出来的一种新型结构体系,它把索穹顶结构下部的拉索全部用高强钢拉杆代替,既保留了索穹顶结构造型美观、构造轻盈等优点,同时又解决了柔性索穹顶在张拉成形过程中杆件定位难且由于无预应力而导致的无整体刚度的问题.为研究Levy型劲性支撑穹顶结构的自振特性,本文设计了一个6 m跨度的Levy型劲性支撑穹顶结构,并在试验场地张拉成型,同时测得实际内力与设计内力误差基本在1%以内.以这个试验模型为研究对象,采用激振器正弦激励法测定了该结构在初始预应力、满跨荷载以及半跨荷载3种荷载状态下的自振特性,得到了该结构在不同荷载状态下自振特性的变化规律.结果表明:该Levy型劲性支撑穹顶自振频率均较为密集,与索穹顶结构相似,验证了劲性支撑穹顶结构张拉成型的可能性与体系的合理性;不同状态下该Levy型劲性支撑穹顶自振频率理论值与试验值误差较小,均在±6%以内;在全跨荷载和半跨荷载分别作用下,低阶频率随荷载增加而增大,高阶频率随荷载增加反而有一定的降低趋势;该Levy型劲性支撑穹顶结构阻尼比基本在0.0081～0.0132之间,建议具有与该Levy型劲性支撑穹顶试验模型相似结构形式的Levy型劲性支撑穹顶在实际动力响应分析过程中阻尼比取0.01.     

大跨度索穹顶结构风振响应的频域分析

建立了考虑和不考虑上覆膜影响的两个有限元分析模型,针对一工程实例,进行了结构的模态分析以及风振响应的频域分析,得到了结构的脉动风振位移响应根方差.结果表明:参振模态的适宜取值随跨度的增大而增大;对于跨度100m以上的类似索穹顶结构,建议所选的参振模态数不小于450;CSM体系索、立杆节点的动位移根方差小于CS体系;CSM体系中膜面的耗能作用不可忽略;在风荷载作用下,CSM体系的脉动风能大部分由膜面耗散;对于跨度较大的索穹顶结构,顶部索膜结构对整体结构的风振响应有明显的影响.     

弦支穹顶静力性能的理论分析及实物加载试验

分别采用上弦节点刚接和铰接的假定，利用ANSYS程序分析了某弦支穹顶屋盖结构的静力性能．结果表明，两种情况下的杆件内力和位移接近，可以采用上弦铰接假定进行弦支穹项的理论分析．对半索半杆形式的弦支穹顶进行了实物加载试验，阐述了加载制度、测点布置及试验过程，同时进行了钢丝绳弹性模量测试试验．比较分析了杆件应力和节点的试验值与理论值，结果表明：在低水平荷载下，杆件应力和节点位移吻合较好，高水平荷载下受试验环境影响，试验值大于理论值；随着荷载的增加，均出现外圈索张紧而内圈索松弛的现象，指出在弦支穹顶设计时应合理设置内环索的预应力值．理论分析和实物加载试验均表明弦支穹顶具有良好的受力性能，用钢量少，施工方便，造价低，具有广阔的应用前景。     

索穹顶结构索杆破断的敏感性分析

提出了基于应变能的索穹顶结构索杆破断敏感性分析方法及其指标,给出了敏感性系数的定义,即索杆破断后振动过程中结构总应变能变化幅值与索杆破断前平衡态结构总应变能的比值.以此系数作为评价结构对索杆破断敏感性的整体指标,将其应用于Levy型索穹顶结构索杆破断的敏感性分析,并与其他方法及指标进行了对比.结果表明:Levy型索穹顶对环索和中心撑杆的破断最为敏感,其中最外圈环索破断对应的敏感性系数最大,因此应着重提高环索和中心撑杆的安全储备;文中提出的评价指标对柔性索穹顶结构较为适用,能够从宏观上表征结构对索杆破断的敏感程度.     

基于不同时间-温度场模型的索穹顶火灾响应分析

针对跨度71.2,m的Levy型索穹顶,采用ISO834标准升温曲线和实用大空间建筑火灾空气升温经验公式,分别计算索穹顶各节点处在火灾下的时间-温度场模型.同时基于FDS场模拟软件,考虑索穹顶屋顶中心设有排风口与未设排风口两种情况,模拟得到了索穹顶在火灾过程中的时间-温度场模型.随后采用ANSYS有限元分析软件,数值模拟索穹顶在上述4种不同的时间-温度场模型的结构响应,并进行了对比分析.结果表明:在地面中心火源的火灾过程中,索穹顶中心拉力环位移最大,竖向位移逐渐增大;在采用ISO834标准升温曲线、实用大空间建筑火灾空气升温经验公式及FDS模拟屋顶中心未设有排风口情况下,内脊索索力逐渐下降至零,最终退出工作,导致结构整体失效;采用传统已有的经验公式得到的时间-温度场与大空间穹顶建筑的实际时间-温度场相差较大,应依据实际建筑体形以及排风口设置情况确定时间-温度场模型.     

沙田大桥基索垂度调整及关键参数敏感性分析

基准索股垂度调整是悬索桥施工过程中的关键控制工序，本文以沙田大桥为工程背景，采用Midas/Civil有限元软件对全桥进行了仿真化建模，并据此对其基准索股架设过程中的垂度调整及其垂度调整过程中的相关参数进行了敏感性分析；根据基准索股无应力长度在施工过程中始终保持不变的原则及温度、跨度和塔高等关键性参数对基准索股垂度调整的影响规律推导出其垂度调整公式。经相关实测数据验证，该垂度调整公式具有较高的精度和可靠度，可用于大跨度悬索桥基准索股架设指导施工。同时在施工过程中需要时刻重点关注温度、跨度和塔高等关键性参数并做出及时调整，以确保基准索股的架设精度。     

大跨度石穹顶空间结构受力行为数值模拟

大跨度石穹顶空间结构受力行为分析比较复杂,结构整体受力行为分析具有较大难度．结合工程实例,基于ANSYS程序对大跨度石穹顶空间结构进行数值模拟分析．结合结构实际受力情况及闽南地区石砌体施工工艺特点,确定结构荷载取值和材料强度取值．采用ANSYS程序中的Solid 65单元和DP材料模型,并以“自上而下”和布尔操作的建模方法。建立石穹顶空间结构在施工阶段、整体成型阶段和最不利状态三维有限元分析模型．根据石穹顶空间结构在3个主要受力阶段的数值分析结果,全面研究石穹顶空间结构在各阶段的变形和应力分布等受力行为;据此分析结果,进一步对原设计方案提出相关设计和施工建议．该工程实例中石穹顶空间结构满足强度和变形要求．基于ANSYS程序的石穹顶空间结构数值模拟技术可行．     

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.     

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.     

超大跨度斜拉桥的安装构形与无应力构形

节段施工桥梁的安装构形与无应力构形是现场施工和工厂预制的重要信息，而工程中对此存在一些误解。论述了安装构形与预制构形的联系与区别。根据力与变形的协调原理，提出求安装构形的大循环迭代法和求无应力构形的单元CR（随转坐标系）位移法。对苏州一南远大桥的计算结果表明：结构整体无应力构形与设计构形相差较大，但由于密索体系斜拉桥的恒载弯矩较小，短线法预制只需考虑单元长度修正，无需考虑梁端角度修正；切线拼装的误差随悬臂拼装急剧放大，完全按无应力控制法进行斜拉桥施工控制需慎重。     

索穹顶的新形式及力学计算

索穹顶结构是张拉整体思想下产生的新的结构形式,目前应用较多的主要只有Levy型和Geiger型两种形式,但是索穹顶的形式是具有多变性的,本文首先介绍四种新形式索穹顶来说明索穹顶在平面立面上的形式变化,并通过ANSYS软件对四种新形式索穹顶进行初始预应力计算和模态确定,最后说明四种新形式的索穹顶的可行性。     

索-混凝土组合梁结构自振特性

针对索-混凝土组合梁这一新型结构体系,应用ANSYS有限元软件进行自振特性分析,求出结构的自振频率及相应的振型。而后对索—混凝土组合梁结构的各项参数（包括索截面面积、索初始应变、梁跨度、刚性杆高度）进行了分析,研究其对结构自振特性的影响。研究发现：索—混凝土组合梁结构较柔,刚度偏弱,基频较小;索截面面积对结构自振特性影响不大;索初始应力主要影响结构的前几阶振型;随着梁跨度的增大,结构的频率明显减小,结构变柔,刚度变小;刚性杆的高度主要影响结构的前几阶振型,在实际工程应用中,刚性杆的高度以0.5～0.7 m为宜。     

谈建筑工程结构体系在工程中的意义

20世纪,随着建筑造型、建筑设计和跨度的要求越来越高,对建筑结构的要求更高,从而提出了一些新的结构体系。本文主要介绍越来越多应用的几种新型建筑结构体系,包括:钢——混凝土混合结构、索张拉结构、索穹顶结构、膜结构和高效预应力结构。     

鞍山体育中心劲-柔索张拉穹顶屋盖优化设计

采用北京交通大学研究开发的劲-柔索张拉穹顶结构应用于工程实践尚属世界首次.以鞍山体育中心训练馆的工程为例,论述了该结构系统工程设计中的结构选型、结构分析及优化设计.结果表明,采用新型结构优化后经济性能和受力性能均得到提高.所提出的适合于此种结构的优化设计方法为该结构的推广应用积累了宝贵的经验.     

大跨空间结构的新型式—张拉索穹顶结构

从工程背景和研究特点出发，简单介绍了张拉索穹项结构体系的研究重点和发展方向，对国内外学者所关注的若干基本理论和应用问题以及索穹顶的结构成形及分析方法进行了扼要叙述。     

复合式索穹顶施工误差影响及控制技术研究

以国内首个百米级复合式索穹顶结构为研究对象,分为环梁及拉索的尺寸误差控制、结构安装成型先后顺序、预应力施加方法及张拉批次、施工过程控制与模拟4个方面研究了该工程的施工技术,重点分析了环梁和拉索不同大小的误差量对索穹顶内力的影响程度,并提出相应处理措施.研究结果表明:通过将外脊索和外斜索做成可调索的方式可以消除外环梁施工误差的影响;通过调整拉索现场摆放位置可以减小下料随机误差对索穹顶内力的改变.采用分部提升整体张拉法,避免了构件产生较大位移;分级分批的预应力张拉方式,可以保证施工成型后索力值与设计值的一致性.     

无机含氧酸强度的估算

提出了三个元素键参数拓扑指数：N=1／[n＋n^1/2]^-1、DR=1／[Dr＋m]、He=1／[（1＋n/m）R^1/2ξ]^-1。将包括主族和过渡金属元素在内的34种单中心无机含氧酸的Pk1实验值与其N、DR、He相关联，应用最小二乘法进行线性回归，拟合得：pK1=4．837—3．33N＋30．922DR＋2．604He（R=0．985s=0．889F=323．8P=0．000 n=34），与其他的拓扑指数相比，元素键参数拓扑指数能用于预测过渡金属元素的含氧酸强度，计算精度高。     

索穹顶结构多目标形状优化设计

为了得到指定结构跨度下的索穹顶结构形状最优设计方案,对设内拉环的Geiger型索穹顶进行单目标和多目标形状优化设计.以最小单位面积用钢量和最大结构刚度为目标函数,得到满足约束条件的整体预应力系数、拉索和压杆截面面积及结构形状参数的最优值.通过基于遗传算法的单目标形状优化设计以最小单位面积用钢量为目标的可行形状优化设计方案;多目标形状优化设计采用改进的带精英策略的快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ),可得到同时考虑结构用钢量和刚度的Pareto最优解.决策者可根据不同控制目标的偏好要求,选择设计方案.