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.     

斜腹杆体外预应力结构杆索的耦合分析

应用有限元理论,以斜腹杆体外预应力结构为对象,考虑杆与索的耦合作用,通过两结点直线只拉索单元模型的建立,得到求解索结点位移的斜腹杆体外预应力结构的刚度矩阵及腹杆伸缩列阵.首先从几何关系入手,分别求解由索结点位移列阵求索应变列阵与腹杆伸缩子列阵的转换矩阵;又用物理关系,分析由索应变列阵求索应力列阵的转换矩阵;再用变形体的虚功原理,求出由索结点位移列阵求索结点荷载列阵的转换矩阵;最后用腹杆的平衡条件,推导斜腹杆体外预应力结构的刚度矩阵及腹杆伸缩列阵.研究表明,斜腹杆体外预应力结构刚度矩阵的影响因素较为复杂,不仅与索单元的杨氏模量、长度、横截面面积等参量有关,也与腹杆的方向和长度有关.斜腹杆体外预应力结构杆索耦合的分析结果,为斜腹杆体外预应力加固设计提供了理论参考.     

斜腹杆体外预应力结构杆索几何非线性耦合分析

采用增量线性化的分析方法,以斜腹杆体外预应力结构为研究对象,通过索单元模型的建立,应用几何关系、物理关系及平衡关系,求得索结点位移增量的结构切线刚度矩阵及腹杆伸缩增量列阵.研究表明,斜腹杆体外预应力结构切线刚度矩阵不仅与索单元杨氏模量、横截面面积、原长、当前的参量相关,还与腹杆当前的参量相关.用牛顿-拉斐逊(Newton-RaPhson)增量迭代法,对索结点位移编制计算程序.斜腹杆体外预应力结构杆索耦合的几何非线性分析,为梁-杆-索组合结构加固设计提供了理论依据.     

大跨度张弦桁架预应力张拉控制研究

应用有限元软件ANSYS，通过对模拟千斤顶升温的模拟千斤顶法实现拉索预应力，提出了张弦桁架预应力的实用确定方法．将使用状态下计算得到的千斤顶温度荷载加到施工状态的计算模型即可求出施工需控制的索力、控制点位移．二次张拉需考虑张拉对相邻桁架的影响，施工控制难度大，本文结合哈尔滨会展体育中心支座跨度128m的超大跨度预应力张弦桁架结构的深化设计计算，提出了单榀张弦桁架下弦拉索胎架一次张拉法施工方法，通过对张拉阶段胎架与张弦桁架间摩擦力的计算研究，定量索力下跨中位移法考虑摩擦力影响，以跨中竖向位移作为预应力张拉的主要控制指标，成功地完成了该工程预应力张拉施工．     

预应力效应对无背索斜拉桥索力优化的影响分析

无背索斜拉桥成桥状态结构内力和线形的确定是斜拉桥设计和施工过程中的重要程序,成桥状态的合理性是保障无背索斜拉桥结构安全、适用和经济的重要前提。针对预应力混凝土无背索斜拉桥在考虑和不考虑预应力效应的情况下,采用基于影响矩阵的未知荷载系数法,在对主梁和桥塔特定截面位移约束的条件下,对全桥结构进行索力优化并分析结构受力状态。分析结果表明,预应力效应对无背索斜拉桥索力优化和结构受力有较大影响,在实际无背索斜拉桥结构分析中不能忽略预应力效应对全桥结构索力优化的影响。     

索结构几何非线性分析的悬链线索单元法

基于索的基本假定和悬链线平衡方程,通过对沿索曲线均布荷载作用下的索段分析,得到了索端力和索的几何线形之间的对应关系;进一步通过索单元的柔性迭代分析,获得了内力改变和位移增量之间的关系,进而得到索单元的刚度矩阵和节点力,从而建立起了空间悬链线索单元的几何非线性有限元分析方法.经典算例结果证明了空间悬链线索单元的正确性,同时具有较高的精度,可为大跨度悬索桥、斜拉桥以及张拉结构等几何非线性较强的结构精确分析提供强有力的计算工具.     

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.     

索网结构初始平衡状态的优化设计

结合索网主动反射面结构,采用优化方法研究了考虑自重影响时索网面在调整索牵引下的初始平衡状态.该方法以索段长度为设计变量,以索网节点的不平衡力最小为优化目标,并针对调整索和网面张力引入相应的约束条件,能够在已知结构几何形状和边界条件的前提下方便地求解出索网中索段的初始长度.文中采用弹性悬链线解析方程来精确描述自重作用下柔...     

混合型索穹顶结构参数化构形研究

提出一种具有普适性的索穹顶参数化构形方法．通过分析混合型索穹顶的几何拓扑对结构动力特性的影响，指出混合型索穹顶的设计应遵循“加强短板”的原则，构形参数C中的元素2应尽量布置在靠后位置，并据此对结构的拓扑进行优化．对跨度为71.2 m的实际工程进行了案例模拟分析，结果显示：设计的混合型索穹顶结构在1 kN/m²的均布荷载作用下，最大节点位移小于结构跨度的1/250，结构的前15阶自振频率明显大于对应的Geiger型索穹顶．研究表明：所提出的索穹顶参数化构形方法能够有效得到可行的索穹顶结构，所提出的混合型索穹顶结构具有较好的经济性和良好的力学性能，能够应用在工程实际中．     

广东番禺百越广场预应力拉索施工及检测技术分析

阐述了广东番禺百越广场工程概况、结构布置型式；讨论确定了永久预应力值和张拉控制应力值；提出了预应力钢索的施工方案，并分析了该工程预应力检测技术。     

空间折索单元的切线刚度矩阵

预应力空间网格结构是一种新型的结构形式 ,对该结构进行非线性分析计算时 ,需要采用空间索单元的切线刚度矩阵 .通过对于预应力索单元的分析研究 ,推导了具有初始应力的空间折索单元的单元切线刚度矩阵的计算公式 ,并且建立了可用于预应力空间网格结构非线性有限元分析的非线性方程组 .所推导的公式均具有良好的规律性 ,非常便于计算机进行分析处理     

高温下无黏结预应力混凝土中钢绞线预应力的损失

对高温作用下无黏结预应力混凝土中钢绞线的预应力损失进行了试验研究,根据试验结果分析了高温作用下产生预应力损失的主要因素,并建立了高温作用下无黏结预应力混凝土结构预应力损失的计算模型.结果表明:在高温作用下,预应力混凝土结构会产生预应力损失,钢绞线的预应力损失随温度的升高而增大;试件完全冷却后,钢绞线的预应力损失会有所恢复,但钢绞线经历的温度越高,其恢复值就越小.受高温作用的预应力构件产生附加预应力损失的主要因素有高温作用下预应力钢筋的松弛和蠕变、混凝土的高温徐变和钢筋与混凝土的热膨胀差.高温作用下无黏结预应力混凝土结构预应力损失的计算模型可为无黏结预应力混凝土结构的抗火设计和火灾后预应力混凝土结构的评估提供参考.     

既有预应力空间索杆系结构的安全性评价方法

为解决考虑拉索腐蚀程度的既有预应力空间索杆系结构安全评价技术难题,研究建立了基于结构自身特性和拉索腐蚀程度的安全性客观评价方法。首先,建立了空间索杆系在瞬间断索下的动力响应分析方法,并通过三索结构算例验证了该方法的合理性和可行性;其次,根据判断矩阵构建理论和断索分析结果,建立了考虑拉索腐蚀程度的索杆系中各拉索权重系数确定方法;在此基础上,建立了拉索腐蚀程度的隶属函数,构建拉索索系的安全评语集,根据权重系数和拉索腐蚀程度检测结果,建立了既有预应力空间索系安全性的模糊综合评价体系。依托于某基于空间索杆系结构,对所构建的权重确定方法、隶属度函数和模糊综合评价模型进行了初步的应用和合理性验证。     

基于温度补偿的索张力补张拉修正算法

针对大型复杂预应力空间钢结构施工过程中实测索力与目标索力存在较大差值的问题,在已有研究的基础上,基于温度补偿法并结合找形分析算法,提出了补张拉索力修正的计算策略以及数值计算流程.基于ANSYS软件平台,采用初始应变输入与施加温度荷载输入相结合的方法,编制了补张拉索力修正计算模块,用于施工过程中主动索补张拉的修正计算.该修正计算方法可考虑几何非线性、弹性预应力损失以及群索在张拉过程中的相互影响等因素,能保证补张拉过程符合施工和设计对索力精度的要求,可直接用于指导施工过程补张拉,追踪构件在张拉过程中的力学响应.算例结果表明,该方法是用于实际工程预应力补张拉计算的一个实用而有效的方法.     

预应力混凝土斜拉桥施工控制新进展

在预应力混凝土斜拉桥的施工中几何线形和结构内力的控制非常重要,据此介绍近年来我国在这一方面的新进展,应用现代工程控制理论中自适应控制的思想形成控制系统,其中主要在结构参数辨识和现浇主梁底模标高的实时修正等关键技术上有了突破,并经过几座大跨预应力混凝土斜拉桥的实践取得了成功的经验。     

多次分段控制注浆斜向预应力钢锚管锚索组合结构加固技术现场试验研究

对多次分段控制注浆斜向预应力钢锚管锚索组合结构新型边坡加固技术的结构形式、适用范围、加固作用机理、现场试验进行分析,对比分析预应力锚索、多次分段控制注浆预应力钢锚管及多次分段控制注浆预应力钢锚管锚索承载力,研究结果表明：1)该结构特别适用岩土体破碎、松散、易塌孔地层于边坡,通过钢锚管劈裂注浆,提高边坡岩土体的强度指标,充填了和挤密破碎地层间的空洞和孔隙,有效提高锚固段锚固力;2)通过预应力锚索和预应力钢锚管极限承载力对比分析表明预应力钢锚管没能够充分发挥该地层的锚固力。预应力钢锚管施加的预应力只能传到浅表层,且破坏模式为钢管被拉断或者钢管接头处断裂;3)三组不同根数的钢绞线预应力钢锚管锚索极限承载力结果与普通的预应力锚索相比来看,单束钢绞线预应力锚索承载力由200kN增加到235kN,锚固力提高17.5%;两根钢绞线预应力锚索承载力由295kN增加到378kN,锚固力提高28.14%;三根钢绞线预应力锚索承载力由336kN增加到432.26kN,锚固力提高28.65%。表明预应力钢锚管锚索通过劈裂注浆挤密锚固段岩土体,浆液充填裂隙,形成“树根状”,有效的提高了锚固段锚固力。     

预应力自平衡索桁架的非线性固有振动

研究预应力自平衡索桁架的非线性固有振动.考虑温度变化及几何非线性影响,采用连续化理论导出点支式玻璃幕墙预应力自平衡索桁架支承体系非线性振动方程.通过Galerkin方法,将偏微分程转化为常微分方程,采用L-P法对常微分方程进行求解.结合工程实例讨论分析温度变化、振幅、初始张力、矢高等因素对点支式玻璃幕墙预应力自平衡索桁架支承体系非线性振动的影响.算例结果表明:预应力自平衡索桁架支承体系固有频率随着温度的升高而减小,具有较强的非线性,其固有振动频率随着振幅发生变化,其非线性振动呈现"硬弹簧"特性,非线性振动频率高于线性振动频率.     

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.     

预应力钢锚管注浆锚索边坡加固力学特性

为解决传统预应力锚索在边坡支护应用中存在安全耐久性不足、加固效果有限等的问题,通过室内和现场试验研究了预应力钢锚管注浆锚索力学特性,开发了边坡复合加固方法。研究结果表明,锚索荷载-位移曲线的非线性变化特征更明显;钢锚管的加卸载刚度变化规律不一致,而锚索的加卸载刚度变化均表现为幂函数衰减的规律;钢锚管和锚索的弹性位移随荷载呈线性增长,而塑性位移随荷载呈增长幂函数变化。边坡现场工程试验结果显示,新型加固技术对于不同地质边坡均适用。对于完整地层,锚固结构受力时产生的变形较少且刚度变化不大,不可恢复变形小,边坡变形易达到稳定状态;对于破碎地层,裂隙增加了浆体渗透提高了其与岩土体的粘结强度,增加了锚固力,因而受力时变形大,刚度变化大,产生的不可恢复变形量大,相对于传统锚索支护,新型支护技术能够更好发挥不同结构间的协作。可见新加固方法可为类似工程边坡加固设计提供参考。     

预应力锚索与抗滑桩在高速公路滑坡治理中的应用

介绍了预应力锚索地梁及抗滑桩的构造、设计和施工原财及其在呼集高速公。路的实际应用过程，为进一步推广这一新技术提供了实际经验。