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。     

大跨度Kiewitt型弦支穹顶结构的自振特性分析

弦支穹顶结构是由单层球面网壳和下部张拉体系组合而成的一种新型的空间结构体系,以120m跨度K8型弦支穹顶结构为例,采用分块兰索斯(Lanczos)法对其自振特性进行了分析,分析时考虑拉索预应力、撑杆高度、结构跨度和荷载等4个因素对结构自振频率的影响。结果表明:当拉索预应力增大到一定程度,再增加预应力对结构的自振频率影响有限;结构自振频率随着撑杆高度的增加而增大;小跨度弦支穹顶与单层网壳自振模态相当接近,但大跨度弦支穹顶与同等跨度下的单层网壳自振模态明显不同。     

大跨度 Kiewitt 型弦支穹顶结构的自振特性分析

弦支穹顶结构是由单层球面网壳和下部张拉体系组合而成的一种新型的空间结构体系,以120m 跨度 K8型弦支穹顶结构为例,采用分块兰索斯(Lanczos)法对其自振特性进行了分析,分析时考虑拉索预应力、撑杆高度、结构跨度和荷载等4个因素对结构自振频率的影响.结果表明:当拉索预应力增大到一定程度,再增加预应力对结构的自振频率影响有限;结构自振频率随着撑杆高度的增加而增大;小跨度弦支穹顶与单层网壳自振模态相当接近,但大跨度弦支穹顶与同等跨度下的单层网壳自振模态明显不同.     

2008奥运乒乓馆预应力钢屋盖非线性分析与研究

作为杂交张拉结构的一个实例，介绍了奥运会乒乓球馆——北京大学体育馆，大跨度预应力桁架壳体的结构非线性分析的基本理论与分析方法．包括单元选取、初始态预应力度的确定、非线性屈曲分析及整个屋盖的弹塑性极限承载力分析．其中屋盖的极限承载力分析采用弹塑性非线性有限元进行分析，并同时考虑几何非线性和滑动支座滑动引起支承条件的非线性变化．有限元分析结果表明，屋盖的极限承载力取决于支座立柱、中央刚性环和屋盖支撑的强度和刚度．该分析方法和结论可供类似结构的分析、设计参考．     

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。     

大跨度椭圆抛物面弦支穹顶结构的缺陷敏感区域分析

厚街体育馆钢屋盖采用大跨度椭圆抛物面弦支穹顶结构,支座间净跨110m×80m,上部单层网壳矢高9.4 m.分别以此结构与相应的单层网壳为分析对象,采用改进的随机缺陷模态法,对两类结构的缺陷敏感区域进行对比研究.在此基础上,进一步探讨局部拓扑形式改变及活载半跨分布对弦支穹顶结构缺陷敏感区域的影响.研究表明:弦支穹顶结构的缺陷敏感区域位于上部单层网壳;弦支穹顶与相应单层网壳的缺陷敏感区域有较大差异,下部索杆体系的引入明显改善了上部单层网壳的缺陷敏感性;局部拓扑形式的改变,可有效降低结构的缺陷敏感程度;活载的半跨分布对传统拓扑形式弦支穹顶结构缺陷敏感区域的影响并不大,但对于该结构上部单层网壳中心区域的影响较为显著.     

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.     

弦支穹顶结构的自振特性及地震响应分析

弦支穹顶结构是基于张拉整体思想和单层球面网壳技术的一种新型复合空间结构体系,为了研究弦支穹顶的自振特性和地震响应,采用有限元软件,对结构的矢跨比、撑杆高度、环索布置方式和预应力大小等进行了参数分析,并对单层网壳和两种不同布索形式的弦支穹顶结构进行了El Centro波地震响应对比分析。结果表明:矢跨比和撑杆高度对结构自振特性影响较大,而拉索预应力大小对结构影响较小。支座的弹簧刚度对弦支穹顶的高阶频率的影响不及对基频的影响,当弹簧刚度较小时,其对结构基频的影响基本上是线性的;刚度较大时,对基频的影响很小。在固定铰支承条件下,与单层网壳结构相比,弦支穹顶不能减小地震产生的结构位移的振幅。弦支穹顶结构整体内力值偏大,在布索层数相近的情况下,不同的弦支穹顶的撑杆和拉索的内力变化趋势和数值相近。     

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     

某商务休闲中心的钢屋盖设计与分析

某商务休闲钢屋盖可分为中央弦支穹顶和钢桁架主骨架.本文介绍了两者的结构体系构成,探讨了各部分对结构承载力的贡献.通过有限元软件sap2000和ANSYS等对整体结构进行了静力、稳定性、连续倒塌和极限承载力等分析,并建立了节点实体模型以验证节点可靠性,结果表明结构能够满足承载力与变形要求,且节点有较大富余度.     

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。     

等效预张力大跨度弦支穹顶预应力施工过程的正算法

为了准确模拟大跨度弦支穹顶预应力施工过程,建立符合实际施工顺序的结构施工初始态,对预应力施工过程的力学分析方法进行了研究.根据工程实践,总结了大跨度弦支穹顶预应力施工过程的特点,分析了状态变量叠加法、反分析法、生死单元法在其应用上的不足.结合非线性有限元分析方法,凝练了基于等效预张力的预应力施工过程正算法,并给出了具体的实施方法和步骤.以常州体育馆钢屋盖工程为算例,验证了正算法用于预应力施工过程力学分析的可行性和适用性.最后指出,基于等效预张力的正算法预应力施工过程力学分析,综合考虑了支撑与刚构的非线性接触、索力的相互影响、施工临时结构体系的转换、结构几何非线性等施工多因素耦合效应,能够准确跟踪结构在各施工阶段的状态.     

沁阳体育馆屋盖四种选型方案的比选研究

结合沁阳体育馆椭圆抛物面屋盖结构工程实例,对弦支穹顶、单层网壳、双层网壳、刚性弦支穹顶等四种结构选型方案进行了分析和设计.在满足强度、刚度和稳定性要求后,重点对四种方案的用钢量进行了比较,并综合讨论了四种方案在受力性能、施工工艺和综合造价等方面的优缺点.     

强震下弦支柱面网壳弹塑性性能研究

为研究单层弦支柱面网壳结构体系在强震下的弹塑性性能,利用SAP2000分析软件,对长81 m跨度60 m支承于周边柱顶的单层弦支柱面网壳结构体系建立刚塑性铰模型,进行其在三种地震波(LWD波、EMC波、SH人工波)作用下的时程分析,采用动力增量法评定该弦支结构弹塑性阶段的变形能力、延性性能、破坏形态、极限承载力,以及索在整个过程中的工作性能。研究表明:进入弹塑性阶段后该弦支网壳结构主要在中部出现塑性铰,在三种地震波的作用下破坏时的峰值加速度分别为为:757 gal(LWD波)、634 gal(EMC波)、848 gal(SH人工波),明显在高于罕遇地震设防要求的加速度(400 gal)峰值发生破坏;弦支索与稳定索在三种地震波作用的整个过程中最大轴力为1 397.051 k N与293.307 k N,均未屈服或松弛失效,始终为网壳提供预应力,工作性能良好;弦支网壳结构在三向组合输入地震波作用下竖向位移延性系数最小值为1.47,其延性性能一般,这与其失效时进入塑性的杆件比例很小相对应,其破坏类型属少量塑性发展的稳定破坏,具有较大的危险性。     

火灾后预应力混凝土连续板力学性能试验与分析

完成了7块火灾后两跨无黏结预应力混凝土单向连续板受力性能试验.基于试验结果,拟合出火灾后预应力混凝土连续板中无黏结筋剩余应力、极限应力的计算公式,提出了火灾后预应力混凝土连续板正截面承载力计算公式.根据火灾下温度场分布沿板厚方向将截面分条带,引入火灾后钢筋、混凝土本构关系,基于截面轴力、弯矩平衡,获得了火灾下预应力混凝土板任意截面的弯矩-曲率关系全曲线.基于支座变形协调方程,可用割线刚度法对支座反力进行迭代求解,计算板在外荷载(曲率荷载)与支座反力共同作用下的弯矩、挠度和支座位移,进而对截面曲率积分可求得连续板的变形.试验结果表明:初始有效应力越高、受火时间越长,火灾后连续板预应力钢丝应力损失越严重;保护层厚度越小、受火时间越长、荷载水平越大,火灾后板跨中截面承载力降低幅度越大;受火时间越长、荷载水平越大,板中支座截面承载力降低幅度越大.     

拉索失效对多重四边环索-张弦穹顶的影响

多重四边环索-张弦穹顶结构作为一种新型的索支穹顶结构,拉索失效会对屋盖结构受力产生较大影响.以全国首座三重四边环索-张弦穹顶屋盖(福州海峡奥林匹克中心体育馆屋盖)为研究背景,研究了拉索失效对于此类新型索支穹顶结构的竖向刚度、构件内力及极限承载能力的影响规律,并评估单根拉索失效后屋盖结构的安全性.分析结果表明:拉索失效均会引起屋盖显著下挠,各种工况中外环索失效会引起最大的屋盖下挠,但是,不同拉索失效后屋盖竖向变形分布规律相差较大;外环索和张弦索的失效会引起相邻拉索索力不同程度的增大;外环索与张弦索的相互影响大于各环索之间的相互影响;不同位置的拉索失效均会引起屋盖极限承载能力下降,外环索失效引起结构极限承载力下降最显著;"仅单侧张弦索失效"会引起较"两侧张弦索均失效"更不利的屋盖挠度和极限承载力.总之,外环索失效为最不利拉索失效工况,会引起屋盖最大挠度增大134%,张弦索索力增加11.7%,极限承载力减小35%.但是,剩余整体屋盖结构仍具有一定的安全性.     

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.     

江南大学体育馆网壳结构静动力特性分析

大跨度钢屋盖结构在大型公共建筑中应用较普遍,且该结构对变形的要求较为严格.为分析江南大学体育馆网壳结构施工结束后的静力变形和动力特性,采用大型有限元程序建立了该屋盖网壳结构的三维有限元模型,分别对网壳结构在自重和预应力张拉弦的张拉荷载作用、温度变温作用下的静力变形进行分析.结果表明:采用橡胶垫板支座的网壳结构杆件受力分布均匀,弦杆内力均位于屈服极限之内;张拉弦施工对屋顶变形的影响较大,而变温作用对屋盖变形影响不大.另外,分别对该屋盖结构在橡胶垫板支座和固定支座约束下的结构动力学特性分析表明,结构的前三阶模态为水平和转动刚体模态,这种模态减小了结构因振动而产生的杆件变形,对结构受力有利.     

Geiger型索穹顶的静力性能分析

针对Geiger型索穹顶的静力性能,采用ANSYS软件,根据试验过程,建立了索穹顶有限元模型,并对其进行验证.利用该建模方法,建立了直径为100m的大跨度模型,对其加载进行全过程力学分析.改变索穹顶结构的主要参数(初始预应力、高度、横截面积等),探讨了不同参数对静力性能的影响.研究表明:索穹顶由于预应力损失,结构存在一个失效荷载.当结构参数发生改变时,对应的失效荷载与挠度也随着有相应的变化.