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.     

滑动环索连接节点在弦支穹顶结构中的应用

提出了弦支穹顶结构滑动环索节点的连接方式 ,应用冷冻升温结构分析方法研究其受力性能 ,并与非滑动环索连接节点的计算结果进行对比 .计算结果表明 ,当结构承受半 (偏 )跨荷载时 ,滑动环索的连接方式对上部网壳结构的受力性能几乎没有影响 ,但却可以大大降低环索、斜索和撑杆的内力幅值 ,使其均衡 ,极大地改善弦支穹顶结构的受力性能     

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.     

铝合金网壳结构盘式节点整体刚度与变形性能的有限元分析

目的以南京市牛首山佛顶宫铝合金穹顶工程为背景,取其典型节点研究分析,考察铝合金盘式节点的受力性能、破坏模式、极限承载力.方法通过对铝合金盘式节点足尺模型进行静力加载试验,分析了盘式节点整体刚度与变形的性能;采用ABAQUS有限元软件对盘式节点整体刚度与变形性能进行模拟,并与刚性节点性能进行对比.结果铝合金盘式节点试件PS1在节点盘中心承受集中力,当达到极限荷载破坏后,试验与有限元的破坏现象均表现为上节点盘与工型杆件3连接处的节点盘断裂;上节点盘的应力较大,出现明显的马鞍式变形.结论试件PS1的有限元与试验的荷载位移曲线有比较好的吻合;试件PS1的箱型杆件和工型杆件与刚性节点对应杆件相比具有较高的刚度.     

地震作用下大跨度弦支穹顶结构的动力稳定分析

根据B-R准则,结合结构时程响应曲线,判定弦支穹顶结构的动力稳定性,以跨度为120m的K8型弦支穹顶结构为研究对象,考虑不同矢跨比、不同预应力大小和不同地震波输入等参数的影响,对比分析其在水平、竖向和三向地震作用下极限承载力的不同及其变化规律。分析结果表明:大跨度弦支穹顶结构为了控制结构位移的需要,需施加较大的预应力,拉索引入较大预应力会增大与其相连的上部环向杆件的应力,使环向杆件在三维地震作用下更容易进入塑性;随着矢跨比增大,结构临界荷载增大但幅度很小。     

弦支穹顶结构在地震作用下的动力稳定性研究

本文使用Ansys计算软件,采用时程响应方法,研究了地震荷载作用下结构参数、均布荷载及索的引入对弦支穹顶动力稳定结构影响.计算过程中,采用逐步增大地震荷载幅值的方法,把位移响应突然增大时的地震荷载幅值作为结构的稳定临界荷载.计算结果表明,结构稳定临界荷载随着跨度的增大而线性降低,结构的稳定性提高;跨度取固定值时,在某一矢高下,结构有着最佳的动力稳定性能,超过或者低于此矢高值结构稳定性均下降;随着均布荷载增大,结构稳定临界荷载降低,稳定性能减弱;当外荷载增大到一定程度时,结构稳定性的降低幅度反而减小;索的引入大大改善了结构在地震荷载作用下的动力稳定性能,从而使得弦支穹顶结构动力稳定性能大于相应单层网壳的动力稳定性.     

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     

钻井平台自动猫道支撑体系受力性能有限元分析

为了分析自动猫道支撑结构体系在滑轮移动荷载作用下的受力性能,在合理选取钢材材性和单元类型的基础上,采用ANSYS有限元软件对该结构装置进行了数值模型分析,分别计算了上部结构杆件为刚接和铰接不同连接方式下的力学性能。通过荷载简化计算可得,该结构体系最不利荷载位置为移动荷载作用在距桁架左侧端部4.1775m处。分析结果表明,连接方式为刚接和铰接两种工况的分析结果基本一致,桁架结构在其跨中位置处的竖向位移和轴向应力都比较大,尤其是下弦的跨中杆件应力比都大于0.5;铰接连接方式下的分析结果略大于刚接连接方式的分析结果。     

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.     

中柱失效下钢管混凝土柱梁节点力学性能分析

为研究钢管混凝土柱—H型钢梁下栓上焊节点在中柱失效模式下钢梁的传力性能,设计了腹板连接板处开圆孔和长圆孔的2根试件,进行了静力加载试验研究,分析了钢梁的传力特性和不同机制对竖向荷载抗力的分担。结果表明:该新型节点远端钢梁试验时始终处于弹性状态,可采用相关公式计算钢梁内力;在贯通隔板范围内钢梁受其抗弯性能影响较大。试件屈服前主要由钢梁抗弯机制提供竖向抗力,屈服后转由悬索机制提供,整个试验过程钢梁抗弯机制并未消失,破坏前一直处于拉弯状态;腹板连接板开设长圆螺栓孔可以提高节点转动能力,更有利于钢梁轴力提供竖向抗力。同时,提出并验证了该新型节点形式在框架结构中刚性连接的假定,给出了极限面荷载参考值。     

低周反复荷载下无机锚固料后锚固压弯构件试验研究

为了研究无机锚固料植筋构件的抗震性能,以轴压比（0．2和0．4）、锚固长度（15D和20D）为控制参数设计了8个钢筋混凝土压弯构件．试验过程中试件的两端加轴向荷载,节点处施加往复荷载,通过试验对比分析了各构件在反复荷载下的极限承载能力、极限变形能力与耗能能力．结果表明,无机锚固料后锚固压弯构件在低周反复荷载作用下的极限承载能力与整浇构件理论计算值相近,但植筋深度为15D的压弯构件的延性比和能量耗散系数较低,植筋深度为20D的构件的延性比大且耗能能力高,满足抗震性能的要求．     

火灾下门式钢刚架倒塌模式及影响因素

采用火灾下门式钢刚架结构足尺倒塌试验验证有限元模型(FEM),然后对门式钢刚架结构进行二维及三维模拟,并研究构件升温工况、柱脚刚性、跨高比、防火保护、截面温度梯度、荷载比、风荷载及次要构件等因素对火灾下门式钢刚架结构倒塌模式的影响,归纳出四种典型倒塌模式。结果表明:有限元模型能准确预测火灾下门式钢刚架结构的倒塌行为;构件升温工况、柱脚刚性、荷载比及次要构件对倒塌模式影响较大,而风荷载、防火保护、截面温度梯度及跨高比对倒塌模式影响较小。最后,归纳了不均匀火灾下门式钢刚架结构的倒塌规律。     

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.     

空心板铰缝结构耐用性能的试验研究

针对铰缝结构的经时耐用性能缺少有效的定量评价方法,造成铰缝部位成为桥梁结构设计和桥梁服役管理的盲区这一问题,基于试验研究定义了空心板铰缝协同工作系数,用空心板铰缝协同工作系数来评价铰缝结构对相邻空心板协同工作程度．在此基础上,建立了相应的回归计算模型,通过引入铰缝钢筋锈蚀率随时间变化的计算公式,建立了空心板铰缝协同工作系数随时间变化的计算公式．对常用的深、中、浅3种空心板铰缝形式的经时耐用性能进行了评价．结果表明：深、中、浅的排序逐渐恶化;浅、中2种铰缝结构的服役寿命相近,除冰盐环境下不同跨度的空心板梁桥的使用年限大致在3～6a波动;深铰缝结构的抗蚀能力较强,不同跨度的空心板梁桥的使用年限大致在6～29a波动．     

基于车桥耦合振动的空心板桥铰缝损伤评价指标分析

铰缝损伤是装配式混凝土空心板桥的典型常见病害,研究基于交通荷载下结构动力响应的铰缝损伤判别方法,将大幅降低检测耗时和费用。以典型桥例,应用自编的车桥耦合振动分析程序,针对多种典型的铰缝损伤工况,采用数值方法系统地分析了铰缝损伤对车载下桥梁动力响应的影响。结果表明铰缝损伤对桥梁跨中动力响应峰值及其横向分布有明显影响。通过对损伤前后桥梁动力响应变化特征的量化分析,提出了铰缝刚度和加速度幅值比两个铰缝损伤的评价指标,并通过算例进行了初步分析验证。研究结果可为空心板桥铰缝损伤检测与评价提供一种新的技术思路。     

基于二级横张法的PC桥梁高强钢丝有效张拉力测试

 为了检测PC 桥梁高强钢丝的有效张拉力值,采用自主研发的预应力钢索张力测试仪（LCZL-50）,在WED 系列电子万能试验机上进行了试验测试研究。首先通过试验机将高强钢丝张拉到不同预应力值,应用二级横张原理对高强钢丝进行有效张拉力测试,然后基于最小二乘法对试验测试数据进行分析处理,通过回归计算得出高强钢丝的有效张拉力。将该方法用于实桥测试和计算,结果显示,ø5 mm 高强钢丝在较小横张力作用下,横张力与横张位移成线性变化,且满足小变形条件,其有效张拉力实测值与理论值的误差小于5%,表明该方法的测试精度满足实际工程需要,可为PC 桥梁的维护、加固或改造提供技术依据。     

某大跨中承式钢箱提篮拱桥荷载试验

新河大桥是一座新建的大跨度中承式钢箱提篮拱桥(主跨196m)。为准确掌握该桥在服役荷载作用下的力学性能,验证桥梁结构是否达到设计预期,对该桥进行了成桥荷载试验。其中,静载试验选取了11个控制截面,实测了应变、吊杆索力、挠度、拱座水平位移多个力学参数;动载试验测试了结构自振频率以及跑车、跳车、刹车激励作用下结构的动力响应。结果表明: 静载试验结构校验系数和相对残余均满足规范要求,吊杆索力和拱座水平位移有较大富余;动载试验实测自振频率高于计算频率,实测阻尼比小于5%,实测冲击增大系数为1.176~1.371。结构各项性能达到设计预期。     

锤击作用下钢筋混凝土框架倒塌性能试验研究

为研究钢筋混凝土平面框架结构在局部构件失效后的静、动力特性,完成了两榀两跨单层平面框架试验,其中一榀框架用于静载试验以获取框架静力特性数据,另一榀框架分别在空载、均布线荷载情况下采用锤击法进行动力试验,获取试验框架的位移、加速度和钢筋应变等动力响应数据.通过对比分析静载与动力试验结果,研究框架梁在锤击过程中的受力特性.试验结果表明:在大当量力锤锤击作用下,动力位移幅值与输入冲量近似呈线性关系,随着锤击力的增加,结构阻尼变化较小,频率下降.布有均布线荷载的框架梁在锤击荷载作用下产生了拱效应,刚度略有提高.尽管力锤最大锤击力超过框架梁最大抗力,但冲击能量不可使其发生倒塌.     

拼接GFRP管混凝土构件轴心受压性能

拼接GFRP管混凝土组合构件是在两个独立的GFRP管拼接处设置连接件,再在内部浇筑混凝土,形成一种连续整体的GFRP管混凝土组合构件.通过试验,研究了基于3种连接(钢筋、钢板钢筋及钢管连接)的拼接GFRP管混凝土组合构件的受力机理和破坏模式.结果表明,当加载到(30%~40%)Pu(极限荷载)时,在GFRP管表面开始出现白纹;当加载到(60%~70%)Pu时,GFRP管对核心混凝土开始产生套箍约束作用;继续加载,套箍约束作用继续存在.拼接构件的破坏发生在构件端部,连接处没有发生破坏,而连续整体构件破坏发生在中部位置,表明3种连接均能保证拼接GFRP管混凝土轴压构件正常工作.