装配式张弦梁钢支撑结构力学性能分析

为明晰装配式张弦梁钢支撑系统中预应力张弦梁结构的力学性能，采用ABAQUS有限元软件对张弦梁结构进行数值模拟分析.通过张弦梁撑杆预应力、撑杆截面尺寸、冠梁截面尺寸和桩基侧向刚度等影响因素分析张弦梁钢支撑的受力性能.利用MIDAS有限元软件对张弦梁钢支撑进行整体建模分析.结果表明：张弦梁靠近对撑部分的拉杆的承载能力对整个张弦梁的承载力起决定作用；增大撑杆预应力和桩基侧向刚度对张弦梁钢支撑承载能力有明显增强；增大撑杆截面和冠梁截面对张弦梁系统的承载能力提高不明显；张弦梁钢支撑系统的基坑位移处于预警值范围内，支撑系统对基坑位移有较好的控制作用.     

张弦梁结构及其经济性分析

张弦梁结构是一种造价低廉、受力合理、运输便捷、施工简单的结构形式.本文力图从张弦梁的曲度、拉索数量、预应力度对张弦梁结构用钢量的影响给出张弦梁结构经济性分析的主要途径.     

索形优化后的双向张弦梁索力特性试验研究

基于平衡荷载值确定双向张弦实腹梁结构的形状,由特制花篮螺丝和改装的U型绳卡分别模拟拉索张拉端和锚固端,采用多点分配梁杠杆集中加载与跨中直接吊挂加载相结合的加载方案,设计了一个索形优化后的双向张弦梁整体结构索力静载试验.试验结果显示,双向张弦梁下部双向预应力索以两个方向交叉进行分步张拉且张拉顺序由跨中向跨端进行为宜;经过索网形状优化之后,当竖向荷载增大到设计平衡荷载值时,双向张弦梁双向各索索力值相近,分布均匀,明显改善受荷阶段结构中的索力分布.双向张弦梁下弦索对非对称荷载尤其是二分之一跨分布形式较为敏感,可能出现边跨索力超过同级全跨荷载下的现象.     

预应力钢结构自振特性研究

采用求解考虑几何非线性的结构特征方程的方法对预应力态和承载态的单自由度预应力钢结构进行自振特性分析,通过与非线性瞬态分析结果比较,验证了该方法的正确性,明确了结构自振频率与结构切线刚度的关系.在此基础上,对索桁架和张弦梁结构的自振特性进行了研究,结果表明:预拉力和外荷载引起的预应力钢结构切线刚度的改变将影响结构的自振特性,预应力通常增大结构刚度和自振频率,而外荷载可能增大或减小结构刚度和自振频率.因此,进行预应力钢结构自振特性分析应同时考虑预应力和外荷载的影响,然而对张弦梁这类结构由于预拉力和外荷载对结构切线刚度的影响相互抵消,可直接采用线性自振频率进行结构抗震设计.     

张弦梁结构形态分析方法的改进

作为一种半刚性大跨空间结构,张弦梁结构的找形分析非常重要.改进的逆迭代法是找形分析中的一种比较有效的方法,通过引入初应变,能够在不破坏结构完整性的前提下,得到张弦梁结构的零状态几何和初状态预应力分布.但改进的逆迭代法在迭代过程中,由于找形和找力分开进行,影响了迭代效率.为此,基于改进的逆迭代法存在的问题,对其迭代过程进行了修正.通过在每次迭代中,将节点几何坐标和单元内力的精度要求同时作为收敛判据,并调整节点坐标和单元初应变,即使得体系的找形和找力过程同时进行;在迭代过程中分别引入节点坐标调整系数和初应变调整系数,并深入研究了这两个调整系数的不同取值对收敛速度的影响.算例结果表明:修正后的改进逆迭代法可显著减少迭代次数,提高了计算效率;研究发现两个调整系数对收敛速度有一定的影响,其中初应变调整系数的影响较节点坐标调整系数的影响大.在分析中选择合适的调整系数,可使找形分析的收敛速度更快.     

张弦梁结构的自振特性分析

利用ANSYS软件中的子空间迭代法,分析了张弦梁结构的自振特性,针对不同的参数如矢跨比、垂跨比、撑杆数、横索数、预应力度和整体倾角等进行了大量参数分析,得出了各参数对张弦梁结构的自振特性的影响及张梁弦结构的自振规律.     

装配式张弦梁钢支撑基坑支护主动控制原理分析

张弦梁钢支撑系统是一种新型基坑支护技术,通过施加预应力能够主动控制基坑水平位移。文章介绍了张弦梁钢支撑预应力的施加方式及预应力的施加原理。张弦梁具有预应力自平衡特点,通过顶升撑杆使张弦梁体系产生预应力。相比传统的“张拉下弦拉杆”方法,此法更加简单、高效、可靠。张弦梁钢支撑通过预先施加预应力,大大增强了整个体系的等效刚度,减小基坑水平位移的同时,其支撑内力增加的幅度很小,并不会对支撑构件产生太大的负担,即通过预应力主动控制基坑水平位移,能达到事半功倍的效果。     

地震作用下张弦梁（桁架）结构的可靠性分析

张弦梁结构是近年来发展起来的一种新型的结构形式,近10年来发展极为迅速。它是上弦刚性构件和下弦柔性拉索两种不同类型的单元组合而成的预应力空间结构体系,通常将其归类为＂杂交结构体系范畴＂。从受力形态上来看,张弦梁结构通常被认为是一种＂半刚性＂结构。由于其跨度大,整体刚度小,在地震作用下振动比较明显。而地震作用下张弦梁结构的可靠性分析很少。主要就张弦梁结构在静力作用下的可靠性进行了研究。得出了地震作用下的结构可靠性研究方法。     

单向张弦梁结构风振响应参数分析

以张弦梁结构--广州国际会展中心屋架结构为例,利用风荷载模拟时程分析方法对该结构的风振性能进行了系统的参数分析.探讨了屋面恒载、拉索预应力和拉索截面积等因素对结构风振响应规律的影响.     

张弦梁几何与力的联合找形

由于有限元程序进行张弦梁找形计算时存在预应力损失问题,造成了一般的找形计算最终只能将预应力控制在一定误差范围内。文章提出了几何和力联合找形解决方案,并在ANSYS对一张弦结构进行几何非线性计算的基础上,验证了解决方案的合理性,为实际张弦梁工程的计算提供了参考依据。     

预应力锚固机制数值模拟研究

针对预应力锚索加固时锚固段与自由段受力机制的不同,依据等效应变和等效温度法建议了一种新的预应力施加方法,并采用有限元方法模拟了预应力锚索加固岩体的受力机制.给出了不同锚固条件下锚固段和岩体的受力变形特征,指出了应用预应力锚索加固时应该注意的问题:张拉式预应力锚索加固的岩体在内锚固段周围的岩体是受拉的,群锚时使得内锚固段附近的岩体形成拉应力带,这种拉应力带对岩体的稳定十分不利,应积极采用不等长锚索,以使内锚头分散布置在岩体的不同层位中;群锚条件下锚索之间外锚头位置岩体有受拉现象,在满足工程需要的条件下锚索的布置间距应适当放大.     

混凝土在三轴比例加载下的损伤特性研究

将根据Najar损伤理论建立的单轴受压条件下混凝土损伤模型推广应用到三轴受压状态、利用由Simpson积分方法建立的损伤模型,计算得到了混凝土在三轴比例加载作用下,竖向主应力方向的损伤曲线．研究结果表明,混凝土在三轴受压和单轴受压作用下的损伤有相似的发展趋势．2种类型加载历史下混凝土损伤都随着应变的增大而增大,且初始加载阶段损伤发展较快,加载末段损伤发展缓慢并趋于稳定值．但是,在相同应变历史条件下,三轴受压下的损伤值比单压下的损伤值明显变小,而且随着侧压比例的增大损伤进一步减小,说明侧压有效限制了混凝土损伤的发展．另外,三向等比例加载状态下混凝土损伤近似沿直线增长,且损伤增长速率非常小,说明这种加载状态对于充分发挥混凝土受压特性是最有利的．     

Microstructure and magnetostrictive performance of NbC-doped<100>oriented Fe-Ga alloys

The <100> oriented Fe₈₃Ga₁₇ alloy rods with various NbC contents less than 1at% were prepared by the directional solidification method at a growth rate of 720 mm·h-1. Low NbC-content was found to affect the oriented grain growth and slightly improve the <100> orientation. Flat grain boundaries in the alloys with low NbC contents less than 0.2at% became greatly curved at higher NbC contents, and a large amount of Nb-rich precipitates were observed in the alloys with high NbC contents. Small amounts of NbC, less than 0.2at%, resulted in an increase in magnetostrictive strain due to the improvement of the <100> orientation, and a high magnetostrictive strain value of 335×10-6 under a pre-stress of 15 MPa was obtained in the 0.1at% NbC-doped alloys. The magnetostrictive performance obviously decreased with the NbC addition higher than 0.5at%, and the strain sensitivity under no pre-stress was lower than that in the binary Fe-Ga alloy.     

大型柔性摩天轮轮辐索预张力确定方法研究

以北京朝天轮结构设计为背景,通过分析确定轮辐索预张力需考虑的因素,给出了确定大型柔性摩天轮结构轮辐索预张力的方法,包括预张力值域的确定方法及其调整方法,在值城范围内调整预张力需考虑的各种因素,及估算合理预张力的简便算法.指出轮辐索预张力值域上限由180度索是否满足轮辐索安全系数确定,值域下限由0度索是否松弛确定;减小轮缘自重或适当减小轮辐索的安全系数可增大值域范围,而增大轮辐索截面积可能引起调整预张力的恶性循环;轮辐索预张力的确定还需考虑轮缘平面内外的刚度及90度索的松弛;由于轮辐索预张力和轮缘自重的比值R可大致决定结构的受力特性,故大型柔性摩天轮结构可采用与北京朝天轮相近的R值初步预估轮辐索预张力值.     

基于DBSCAN算法与GMM 理论的铝合金板孔边疲劳裂纹萌生监测

针对航空结构中多孔铝合金板在疲劳载荷作用下的孔边裂纹萌生监测问题,以光纤传感系统为基础结合小波分解、含噪声的密度空间聚类以及高斯混合模型,提出了一种孔边裂纹萌生监测方法。首先以光纤光栅传感系统采集循环加载条件下多孔铝合金板孔边裂纹萌生至结构断裂全程中孔边微应变并构建孔边微应变曲线。对孔边微应变曲线进行小波分解,得到微应变曲线的低频分量与高频分量,并以低频分量最小值及高频分量突变作为孔边裂纹萌生特征。在分析裂纹萌生时引入DBSCAN 算法与GMM 理论用于计算孔边裂纹萌生时的疲劳加载循环数并进行比较与分析得到多孔铝合金板孔边主裂纹的萌生位置以及孔边主裂纹裂纹萌生时的疲劳加载循环数。试验结果表明:此监测方法能够准确定位出孔边主裂纹的萌生位置,计算孔边主裂纹萌生时的疲劳加载循环数,且疲劳加载循环数计算误差在5%以内。在未来可应用于全机地面疲劳试验、结构健康监测等多种场景。     

索网结构找形平衡形态弹性化与零应力态分析

提出了索网分析全过程的6个状态：初始几何态、找形平衡态、弹性平衡态、零应力态、预应力态、荷载态,5个分析过程：找形分析、弹性化分析、预应力分析、逆分析、荷载分析,阐述了各状态参数,论述了各分析过程数学模型.结果表明：索网理想零应力态一般不存在,在结构分析中可采用近似假设零应力态;根据弹性平衡态,采用逆分析法可得到合理近似零应力态.另外,介绍了ANSYS/EASY软件索网分析过程和方法,比较了两者零应力态的数学模型.最后,通过2个索网算例,验证了不同零应力态在预应力分析后的平衡预应力态的较大差异.     

一种受剪细观损伤单元模型及其应用

基于剪切损伤破坏机制,发展了相应的细观损伤单元模型,它由弹脆性的微弹簧和模拟裂缝滑移的塑性元件组成.混凝土单轴受压时的宏观性能可用受剪细观损伤单元的并联体来解释,由此建立了混凝土单轴受压的损伤本构关系模型,并建议了塑性变形的简化计算方法.通过引入混凝土剪切单元破坏应变分布随机场,推导了应力与损伤的均值、标准差的表达式.根据混凝土单轴受压时的应力-应变全曲线试验结果,结合随机建模原理和优化算法确定随机场参数和材料参数,将分析得出的受压随机应力-应变关系与试验结果进行比较,二者吻合良好.     

考虑荷载作用顺序的结构可靠度分析方法

针对JCSS推荐的荷载效应组合法假设荷载效应之间既相互独立又完全相关的内部矛盾和时段分析法对工程中的非平稳荷载效应过程无法实现有效分析的问题,对考虑荷载作用顺序的结构可靠度分析方法进行了研究.首先提出了非平稳荷载效应过程下的结构可靠度分析方法;其次考虑荷载作用顺序的影响,改进了结构在受多时段荷载作用下的可靠度计算模型;最后运用跨阈理论分析了结构损伤对可靠度的影响,推导出综合考虑非平稳荷载过程、荷载作用顺序和结构损伤的可靠度计算公式.算例分析表明:该方法适用性更广泛,计算结果更真实可靠.     

碳纤维布结合体外预应力筋加固桥梁的试验及应用

开展了7片T梁的碳纤维布加固、体外预应力筋加固、二者结合加固(国内首次)的对比试验,结果表明二者结合加固的方法能更大程度地提高构件承载力、减小挠度,在加载过程中碳纤维布和体外预应力筋先后发挥作用.通过312国道信阳公跨铁立交桥加固工程的实例分析可以看出,二者结合加固能有效降低旧桥主拉应力、减小裂缝宽度.图23,表3,参8.     

预应力淬硬磨削加工表面微观形貌仿真与实验

为了揭示预应力对磨削淬硬过程及表面微观形貌的影响机理,根据热弹塑性有限元理论,在不同大小的预应力作用下,以45钢试件为研究对象,使用DEFORM-3D进行单磨粒切削仿真,并结合预应力淬硬磨削实验,对等效应变、沟槽深度、表层微观组织及表面微观形貌进行分析.研究表明:施加预应力对热-机械等效应变影响较小,对微观组织转变影响明显,进而影响位错密度和晶粒体积,间接影响表面粗糙度;在预应力取值较小时,随着预应力增大表面沟槽深度减小,有利于减小表面粗糙度值,但在预应力超过某一数值后,会引起表面褶皱,反而使表面粗糙度数值增大.