建筑工程中预应力索拱结构的施工技术探讨

本文结合广东某改扩建工程对预应力索拱结构技术进行了探讨,在没有什么工程可借鉴的情况下,做了一些必要的准备,包括模拟测试计算等来保障工程的顺利完成。从各个角度和整个流程都做了一一说明。     

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。     

结构点可靠度计算方法研究

实际工程结构复杂多样,如何选用一种最佳的可靠度分析方法是工程人员常遇问题.分析了结构点可靠度的基本方法:一次二阶矩法、高次高阶矩法、响应面法、蒙特卡方法、随机有限元法的特点及适用条件,为人们选用其方法进行结构可靠度计算提供一个有价值的参考.     

预应力混凝土桩可靠度分析

对预应力混凝土桩在沉桩和吊运阶段的三个极限状态进行可靠度分析,并对主要随机变量作了概率分布的假设检验。文中还提出了供设计采用的预应力混凝土桩可靠指标的建议值。     

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.     

考虑参数空间变异性的边坡系统可靠度分析

在考虑土体参数空间变异性基础上,提出了基于多重随机响应面法的边坡系统可靠度分析方法,同时建议了一种新的代表性滑动面搜索方法.采用Karhunen-Loève展开方法离散二维相关非高斯随机场,通过Hermite随机多项式展开近似代表性滑动面安全系数与土体参数间的非线性隐式函数关系,在此基础上采用直接蒙特卡洛模拟计算边坡系统失效概率.研究了所提方法在考虑参数空间变异性的边坡系统可靠度分析中的应用.结果表明,提出的基于多重随机响应面法的系统可靠度分析方法为考虑参数空间变异性的边坡系统可靠度问题提供了一条有效的分析途径.提出的代表性滑动面确定方法具有较高的计算精度和效率,无需单独计算滑动面安全系数间的相关性,而且能够有效地计算低概率水平的边坡系统可靠度.边坡系统失效概率随着抗剪强度参数变异性和垂直相关距离的增大而增加、随着抗剪强度参数间负相关性的增加而减小.此外,忽略土体参数空间变异性会明显高估边坡系统失效概率.     

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。     

钢框架-预应力索支撑结构断索动效应

为研究多层钢框架-预应力索支撑结构体系中预应力拉索在偶然荷载作用下突然断裂引起剩余结构振动响应的特征,采用瞬时加载法,借助大变形动力有限元软件ANSYS/LS-DYNA对底层一侧索支撑突然失效的一榀六层平面钢框架-预应力索支撑结构进行了动力响应的仿真分析。结果表明:剩余结构顶点侧移及与断索相邻关键构件端内力的动力系数均不大于2.0;顶点侧移、内力的最大值均发生在索完全破坏后;索的预拉力增大对断索后剩余结构的安全不利,但索直径变化对断索后的剩余结构影响不大;索的预拉力、直径变化对动力系数影响都很小。     

预应力网壳的索单元分析

推导了预应力网壳结构在正常使用阶段的预应力索单元的特性矩阵。比较分析表明,与以前使用的索元公式相比,新导算式更适合于预应力网壳结构的分析。     

基于响应面重构的一种可靠度计算方法

大型复杂结构的可靠度分析中,极限状态方程往往无法显式表达。针对这种情况,文章采用二次多项式函数重构响应面来寻求设计验算点;然后在设计验算点附近,采用BP神经网络重构响应面,拟合极限状态函数;在此基础上,采用基于最优化原理的蒙特卡罗方法求解结构的可靠性指标。与其他单一的响应面重构方法相比,文中方法具有计算简便及精度高的特点;工程计算语言Matlab采用矩阵操作,并提供了包括优化、统计、神经网络在内的大量工具箱,而且语言简单,使得编程效率大大提高,能快速方便地实现可靠度计算程序的编制。     

预应力斜拉网格结构的静力优化分析

提出基于合理预应力取值的二级优化方法对预应力斜拉网格结构进行静力优化，对预应力优化和截面优化分别采用不同的目标和方法．杆件截面尺寸的二级优化采用结构自重为目标函数，优化方法可以采用拟满应力法；对预应力取值的一级优化可以采用结构应变能为目标函数．用ANSYS可编程语言APDL编制采用初始应变影响矩阵法和多次复形法进行预应力取值优化分析的程序，并对按不同目标函数进行预应力取值优化得到的结果进行了比较．采用不同目标函数得到的预应力取值优化结果有所差别．宜根据实际需要选择合适可行的目标函数．     

索膜结构脉动风数值模拟及参数分析

风荷载是索膜结构的控制荷载.文章比较了目前使用的两种主要的数值模拟方法,详细介绍了一种适合大跨空间结构的数值模拟方法(AR法),给出了数值模拟的主要步骤,并对某膜结构进行了风荷载数值模拟,验证了程序编制的正确性.最后对影响线性滤波器法(AR法)数值模拟效率的主要影响因素进行了详细讨论,得出了相关结论,对风荷载数值模拟有...     

预应力索梁结构形成过程分析

采用增量形式的平衡方程,建立了有限索单元平衡迭代列式.对一个张拉整体结构中所采用的预应力索梁结构模型进行了全过程数值模拟,并对该结构的受力特点及张拉过程中荷载效应进行了分析.其重点是结构中关键结点的初位移的施加方法以及整体性能的控制.结果表明,该结构中梁形成一定程度的反拱对结构的整体稳定性及形成较为均匀的内力分布有一定的积极贡献.     

预应力混凝土平面曲线箱梁裂缝

针对预应力混凝土曲线箱梁,产生径向水平压力的平面曲线力筋易使混凝土腹板超载,而造成混凝土破坏,并使力筋拉直等问题,应用翘曲扭转理论,分析了预应力混凝土平面曲线箱梁在张拉平面曲线形纵向力筋时,将在腹板中产生横向力,以及桥墩和桥梁支座约束作用,局部板中力筋的径向力使竖向跨越的腹板产生剪力和弯矩等产生裂缝的原因,提出了在设计与施工中应采取保证力筋的保护层厚度,充分调整力筋曲率的作用,设计计算必须考虑侧向预应力,保证在力筋弯曲的部位、管道不出现尖弯等措施。为平面曲线桥梁的设计与施工提供了一定的理论依据。     

基础隔震结构动力可靠度分析及参数优化

假定地震为平稳过滤高斯白噪声过程,基于隔震支座的等效动刚度和等效黏滞阻尼比建立了基础隔震结构的动力方程.针对动力方程中非经典阻尼的情况,采用状态空间理论和复模态叠加法对振动方程进行了解耦,推导了基础隔震体系上部结构和隔震层在随机地震动激励下的方差反应解析式.采用变形准则分别定义了上部结构和隔震层的极限状态,根据首次超越机制,并基于串联可靠度模型建立了隔震结构在给定地震动下的条件动力可靠度计算方法.通过一个基础隔震框架计算实例,说明了该方法的运用.在此基础上,分析了隔震支座等效动刚度和等效黏滞阻尼比对隔震结构随机反应和可靠度的影响,并以失效概率为优化目标,对隔震参数进行优化.该方法可以从整体上对隔震结构可靠性进行评估,为基于可靠度的隔震参数优化提供基础.     

几何参数对预应力波纹钢腹板连续箱梁屈曲荷载的影响研究

为了防止预应力波纹钢腹板连续箱梁发生屈曲破坏,文中以某大桥为工程背景,通过空间有限元法分析了预应力波纹钢腹板连续箱梁在各种腹板尺寸参数下,钢腹板屈曲临界荷载的变化.计算结果表明:腹板折叠角越大,波纹钢腹板箱梁屈曲临界荷载越大;腹板越厚,屈曲临界荷载随厚度的增大而呈抛物线形的增加幅度越大;腹板倾斜角越大,屈曲临界荷载随倾斜角的增大逐渐增大而近似呈线性变化;腹板越高,屈曲临界荷载随着腹板高度的增大而减小.因此,合理选择腹板的几何尺寸对预应力波纹钢腹板箱梁桥的屈曲稳定起着重要的作用.     

有冗余支座除氧器结构可靠性分析

传统除氧器结构为静定结构.随着除氧器尺寸的增加,双支座已经不能满足强度等其它工程指标的需要.增加冗余支座的数量是一种解决问题的方法.处于安全方面的考虑,首要工作是得到可靠性指标.在实际应用前,通过除氧器可靠性以及可靠性灵敏度的计算结果,可以对除氧器参数进行设计.实际应用通常对可靠性要求比较高,讨论了除氧器结构参数设计方法.结果表明通过参数设计可以得到足够的可靠性.     

基于小波多分辨率分析的结构时变参数识别

利用小波多分辨率分析将结构的时变参数在多尺度上展开,截断高频细节成分,仅由展开的低频成分来近似描述时变参数(阻尼和刚度),将结构时变参数识别问题转化为时不变小波系数估计问题.基于Akaike信息准则(AIC)来优化确定各时变参数的小波分解层数.分解的小波系数采用最小二乘求解得到,为减小方程的病态问题,对模型进行Tikhonov正则化,然后重构识别出结构的时变参数.建立了一个三层剪切框架时变结构模型验证该方法的有效性.识别结果表明,该方法可以有效识别结构时变参数,时变刚度比时变阻尼识别效果更好,抗噪性更高.     

基于代理模型的工程结构可靠性分析

在实际工程结构的可靠性分析中,功能函数一般是复杂的非线性程度较高的隐式函数,给常用的一次二阶矩等传统可靠性分析方法带来效率低、求解难度大等困难,针对这一问题,可以使用代理模型代替原隐式功能函数进行可靠性分析.通过多个数值算例对比了基于二次多项式响应面法(RSM)和Kriging方法进行可靠性分析时的计算效率和精度,同时研究了多次拟合近似代理模型过程中的样本全部累积和选择累积策略.算例表明,RSM难以对非线性程度高的极限状态曲面作出较好的拟合,Kriging方法有良好的预测能力,无论是在计算效率还是精度上都要优于RSM.因此继续基于Kriging方法对3个工程结构进行可靠度分析,算例结果表明若未进行样本累积,有可能迭代过程振荡不能收敛到最终的可靠指标值;迭代过程中采用样本累积能显著改善收敛性能,通常样本选择累积在计算效率和精度上都要优于样本全部累积.