混凝土折板式拟扁网壳的自振特性参数分析

混凝土折板式拟扁网壳由密肋平板汇交组成,本文在四点支承条件下对其应用空间梁单元和板壳单元建立有限元模型,采用子空间迭代法求解结构振型及对应自振频率,在自振特性分析基础上,讨论了矢跨比、网格划分频数、脊线刚度、密肋梁刚度及边梁刚度等因素对结构自振频率的影响。算例分析表明:结构频谱分布具有密集性及跳跃性特点,低阶振型以脊线为振动节线,边缘桁架的面外刚度对振型影响较大;矢跨比的改变对基频的影响较小,过大的矢跨比将削弱边缘桁架的面外刚度,建议结构矢跨比不低于1/6;网格划分频数对基频的影响不显著,结构的密肋板可按普通平板楼盖划分网格;结构基频随脊线刚度的增加近似呈线性增加,建议脊线截面高度取屋盖跨度的1/50~1/30;提高密肋梁刚度有利于增加屋盖整体刚度,建议密肋梁截面高度取屋盖跨度的1/60~1/35;边梁截面高度可按脊线截面高度确定,但应注意边缘桁架面外刚度对结构动力特性的影响。     

大跨度正交斜放空腹夹层板楼盖刚度分析

正交斜放空腹夹层板是在空腹夹层板楼盖基础上发展而来的一种新型大跨度楼盖结构,具有网格造型美观、受力性能好等特点。为研究新型楼盖结构的刚度,以拟建工程为例,基于Midas Gen建立有限元模型,分析各个因素对正交斜放空腹夹层板楼盖刚度的影响。结果表明:对于现场浇筑一次成型的空腹夹层板,在设计时应考虑上肋表层混凝土板作为翼缘对空腹夹层板整体刚度的贡献;上、下肋高度对空腹夹层板刚度影响最大,在楼盖设计时,上、下肋肋高宜按网格边长的1/10～1/15取用;当楼盖的长跨比1.5时,正交斜放空腹夹层板楼盖相较于正交正放空腹夹层板,刚度储备大,抗变形能力更强。     

蜂窝形钢空腹夹层板楼盖振动舒适度分析

为了研究新型蜂窝形钢空腹夹层板楼盖的竖向振动舒适度,以自振频率和加速度为双控指标,采用子空间迭代法计算结构基频和各阶振型;然后,采用行走路线法对结构进行时程分析,计算结构在人行荷载作用下的加速度响应.考虑跨高比,上覆混凝土板厚度和上、下肋刚度对结构基频和加速度响应的影响,对结构进行参数化分析.结果表明:蜂窝形钢空腹夹层板基频随着跨高比、上覆混凝土板厚度的增大而减小,随着上、下肋刚度的增大而增大;峰值加速度随着跨高比的增大而增大,随着上覆混凝土板厚度及上、下肋刚度的增大而减小.     

空腹夹层板的自振特性分析

对于钢筋混凝土空腹夹层板楼盖,采用8节点弹性块体有限元方法在点支承条件下进行了30个算例的自由振动分析,结果表明,空腹夹层板的振型与同等支承条件的实心平板类似;增加结构的总厚度可以有效提高结构刚度;表层薄板厚度对结构各阶频率的影响不大,建议表层薄板厚度不大于网格尺寸的1/25;由于质量和刚度对基频的影响是关联的,肋高和网格尺寸不是影响结构基频的决定因素。本文结论对以后工程的设计具有一定的参考价值。     

大跨度蜂窝形空腹夹层板楼盖动力特性分析

为研究新型大跨度钢筋混凝土蜂窝形空腹夹层板楼盖的动力特性,基于通用有限元软件ANSYS,采用子空间迭代法计算结构的基频和各阶振型,考察高跨比、空腹率、上肋和下肋宽度、密肋宽度与高度、表层板厚度、密柱截面边长和边梁宽度等参数对结构基频的影响。分析结果表明,空腹夹层板的振型特征与实心平板结构的振型相似,低阶振型主要表现为楼盖的竖向振动,但空腹夹层板质量轻,刚度分布均匀,受力合理。影响结构基频的主要因素为高跨比、空腹率和密柱截面边长以及上肋和下肋宽度;密肋尺寸、表层板厚度和边梁宽度对空腹夹层板的基频影响较小。为了满足对结构振动舒适度的要求,在工程设计时应将高跨比、空腹率和密柱截面边长作为主要指标进行控制。     

斜放网格棱柱面密肋折板网壳的动力特性分析

为了解斜放网格混凝土拟柱面密肋折板网壳动力特性,采用有限元法计算39个算例,对比了周边支承和拱脚支承屋盖的自振频率与振型,通过有限元参数化分析考虑结构的矢跨比、支座约束、斜向密肋梁刚度、脊线梁刚度、主拱梁刚度、边梁刚度、屋面板厚度对结构自振频率影响。分析表明:与下部结构协同工作时,周边支承对屋盖整体刚度提升较大;矢跨比对屋盖振动基频的影响较小,较大矢跨比会减弱端隔面外刚度,建议矢跨比取1/6$1/4;支座约束对屋盖整体刚度的提升很大;提高斜向肋刚度有利于提高屋盖整体刚度,建议斜向肋截面高度取屋盖跨度的1/60$1/45;脊线梁截面刚度在屋盖的整体刚度中贡献较小,建议脊线的截面高度按构造确定;主拱刚度对屋盖整体刚度贡献较大,建议主拱截面高度取屋盖跨度的1/51$1/40;边梁刚度在整体结构中贡献不大,可取边梁跨度的1/20$1/15为边梁的截面高度;屋面板作为结构刚度储备在满足使用标准的情况下不应取值过大。     

空腹桁架梁-空腹夹层板楼盖的静力性能分析

空腹桁架梁-空腹夹层板是一种新型空腹夹层板,为研究其在静力作用下挠度变化,采用参数化建模分析,通过改变混凝土板厚度、空腹桁架梁及空腹夹层板上下肋刚度、剪力键和边柱刚度、跨高比等,建立94个有限元模型,得出这些因素对楼盖挠度的影响程度。研究表明,混凝土楼盖厚度增加,楼盖挠度先增加后减小;空腹桁架梁上下肋刚度与挠度近似呈线性变化;剪力键和边柱的刚度与挠度呈非线性变化,且随着刚度增大其对挠度影响程度逐渐降低;跨高比与挠度呈近似正比关系,且跨高比对结构挠度影响最大,为控制挠度的主控因素。     

大跨正交正放钢空腹夹层板楼盖刚度分析

为比较大跨钢空腹夹层板非等代模型与等代模型竖向刚度的差异,基于Midas Gen建立大量模型,分析了高度、网格尺寸和刚度比对等代模型竖向刚度的影响。结果表明:在截面一定的情况下,与空腹钢梁相比,随着网格尺寸和空腹夹层板高度的增加,混凝土板对组合截面的刚度贡献的增幅较小;大跨钢空腹夹层板的网格尺寸不宜大于3 m;网格尺寸大于2 m时,等代模型的竖向刚度大于非等代模型,应对H型钢的弹性模量乘以(1+β)进行调整;网格尺寸一定时,刚度折减率β与刚度比呈正比。     

混凝土棱柱面网壳动力特性的参数化分析

混凝土棱柱面网壳通过将柱面切割为汇交平面成形,每个平面采用密肋平板,是一种新型混凝土空间网格结构。基于有限元基本理论及端隔影响讨论这种结构的自振特性,并在此基础上考虑矢跨比和脊线、主拱、密肋梁、边梁的刚度及屋面板厚度等因素对结构基频的影响。结果表明:结构动力特性介于拱网壳和筒网壳之间,端隔可以明显提高结构的竖向刚度进而提高结构抗震能力;矢跨比高于1/6后,结构刚度随矢跨比增加而降低,建议结构矢跨比不高于1/5;脊线作为振动节线,几乎对结构刚度没有影响;主拱作为密肋板的弹性支承,结构基频随主拱刚度的增加而增加,主拱截面高度可按屋盖跨度的1/50~1/40确定;增加肋的刚度有利于提高结构的整体刚度,肋的截面高度可取跨度的1/100~1/80;边梁截面高度的改变几乎不影响结构的整体刚度;增加屋面板厚度可提高屋盖整体刚度,但不建议采用过厚的屋面板。     

大跨度正交正放与正交斜放空腹夹层板力学性能对比分析

为对比正交正放与正交斜放空腹夹层板性能的差异,基于ANSYS、SAP2000建立大量模型,分析了边梁截面尺寸、表层板厚度、上肋和下肋截面尺寸、结构长跨比对两者刚度的影响,层高对结构频率的影响以及基于AP法对两者的抗连续性倒塌性能分析。结果表明：边梁截面尺寸与混凝土表层板厚度的增加可以明显的提升结构刚度;上、下肋截面高度为主要影响结构刚度的参数且截面尺寸增大可以提升结构刚度;结构的长跨比大于1.5时,选用正交斜放的放置形式更好;高层建筑中正交斜放空腹夹层板的自振频率更具优势;正交斜放空腹夹层板的抗连续性倒塌能力更优秀;正交斜放空腹夹层板的刚度从多个方面优于正交正放空腹夹层板。     

正交网格混凝土密肋式锥面网壳的静力性能分析

混凝土密肋式锥面网壳是通过等分圆锥面后,由密肋平板在脊线处交汇形成的新型网壳结构。为了解其静力性能,通过数值模拟分析结构在竖向荷载作用下的变形和内力分布,并考虑矢跨比、边梁刚度、脊线刚度、密肋梁刚度和板厚等参数的影响。结果表明：密肋梁会协同脊线工作,且脊线和边梁为结构的主要传力构件;矢跨比的变化对结构刚度影响不明显,但对内力分布影响显著,建议矢跨比不宜大于1/4;增大边梁刚度可提高结构的整体刚度,边梁截面高度可取结构跨度的1/45～1/35;增大脊线刚度并不能显著改善结构的整体刚度,脊线截面高度可取结构跨度的1/55～1/45;密肋梁刚度的增大会显著降低结构的最大挠度,密肋梁的截面高度可取结构跨度的1/85～1/65;屋面板厚对结构刚度影响较小,板厚满足构造要求即可。     

整浇楼盖梁扭转刚度与活载折算系数的解析

为定量地确定整浇钢筋混凝土肋梁楼盖设计中活载折算系数与支承梁扭转刚度的关系,在给出了支承梁扭转刚度的代数表达式后,为满足荷载折算法求得的弯矩不小于考虑支承梁扭转刚度时的弯矩,建立了等截面和等跨度的二、三、四、五跨连续梁各跨中和支座截面处,活载折算系数与支承梁扭转刚度关系的条件解析式.分析表明:对于已确定的结构,活载折算系数具有最大值;对于给定的活载折算系数,结构支承梁的抗扭刚度具有最小值.算例表明:当板和次梁分别取固定的活载折算系数0.50和0.25时,无法定量地体现出支承梁的扭转刚度对梁板弯矩的影响,在某些截面会出现过小的弯矩而导致设计不安全.     

混凝土折板式拟球面网壳的弹性稳定分析

混凝土折板式拟球面网壳是通过在球面上切割平面后再网格化而成,结构由密肋平板在脊线处交汇组成,本文采用有限元方法分析其弹性稳定性能,并讨论主脊线、副脊线、密肋梁、支座环梁等的抗弯刚度以及矢跨比、屋面板厚度等因素对其临界荷载的影响。结果表明:结构的低阶失稳模态关于主脊线对称,靠近支座环梁的密肋平板刚度相对较弱;矢跨比是影响结构临界荷载的重要因素,且不宜低于1/8;主脊线是结构低阶失稳模态的节线,其抗弯刚度对结构临界荷载的影响较小;提高副脊线的抗弯刚度可以有效增大结构的临界荷载;支座环梁抗弯刚度的增加对临界荷载的影响较小,其截面高度可按自身跨度的1/12;密肋梁的抗弯刚度对结构临界荷载的影响较大,提高密肋梁的截面高度有利于增强结构抵抗失稳的能力;屋面板的厚度改变对结构临界荷载的影响较小。     

混凝土棱柱面网壳的弹性稳定分析

混凝土棱柱面网壳是由曲面切割成一系列平面后,再将每块平面网格化成密肋平板并在脊线处汇交形成的一种新型混凝土网壳结构,为探讨其稳定性能,并了解结构失稳模态和失稳荷载,以及矢跨比、屋面板厚度和密肋梁、脊线梁、主拱及边梁刚度等因素对结构临界荷载的影响,本文采用有限元法进行结构弹性稳定的参数化分析。计算结果表明:结构的低阶失稳模态与柱面拱壳具有较大的整体相似性,模态最大位移主要出现在密肋平板上,设置主拱和脊线有利于提高结构刚度,弹性失稳临界荷载远大于结构的使用荷载;增大矢跨比能有效提高结构的整体刚度,建议结构的矢跨比不宜低于1/6;屋面板厚度可取网格短边尺寸的1/30;增加密肋梁的截面高度有利于提高结构的弹性稳定承载力,密肋梁截面高度可按结构跨度的1/100～1/80确定;主拱是屋盖的主要受力结构,其截面高度可按屋盖跨度的1/70～1/50确定;脊线梁和边梁刚度的改变几乎不会对结构的临界荷载产生影响。     

斜放网格棱柱面密肋折板网壳的静力特性分析

为了解斜放网格混凝土棱柱面密肋折板网壳静力特性,采用有限元法计算了32个算例,通过有限元参数化分析考虑了结构的矢跨比、斜向密肋梁刚度、脊线梁刚度、主拱梁刚度、边梁刚度、屋面板厚度对结构静力特性的影响。分析表明:屋盖具有较好的刚度和空间受力特性,且主拱和斜向密肋是屋盖中的主要受力构件;矢跨比对屋盖最大挠度的影响较大,并且随着矢跨比增大结构内力呈现下降趋势,建议矢跨比取1/6～1/4;提高斜向肋刚度有利于提高屋盖整体刚度,建议斜向肋截面高度取屋盖跨度的1/60～1/45;脊线梁的截面刚度对相连的斜向肋轴力影响较大,建议脊线的截面高度按屋盖跨度的1/65～1/34;主拱刚度对屋盖整体刚度贡献较大,建议主拱的截面高度取屋盖跨度的1/51～1/36;边梁刚度在整体结构中的贡献不大,可取边梁跨度的1/20～1/15为边梁的截面高度;屋面板厚在满足使用情况下不应取值过大。     

装配式弦支轻质混凝土集成楼盖的基本力学特性与参数分析

鉴于弦支混凝土集成楼盖结构自重大、刚度小、构造复杂、施工装配化程度低等问题,本文提出了一种新的型式,即装配式弦支轻质混凝土集成楼盖结构.对其进行构造精细化研究,预制楼板采用槽型肋板轻质混凝土钢筋桁架楼承板,保证了楼盖具有较大刚度,同时有效减小自重,施工装配化程度也得到提高;板件连接采用H型钢短梁,可增强结构在张拉过程中的整体性;撑杆采用单根竖杆,使构造大为简化.对此楼盖结构进行力学分析表明,适当增加结构的垂跨比可使其受力更加合理;增大板厚、肋梁高度或宽度可在一定程度上增大楼盖结构的整体刚度,但其自重也随之增大;此外,楼盖结构采用轻质混凝土时的内力与变形均比采用普通混凝土时减小,变形减小幅度在5,mm以内,内力减小幅度最大可达36.84%,,采用轻质混凝土时楼盖结构的力学性能得到明显改善.     

混凝土折板式拱网壳动力特性的参数化分析

折板式拱网壳是由V形折板拱壳网格化而得的新型混凝土空间网格结构,本文采用有限元方法分析纵向两端开敞结构的动力特性,并了解结构整体刚度的主要影响因素。结果表明:屋盖的低阶振型以竖向振动为主,刚度薄弱位置出现在开敞处,因此横向矢高对结构整体刚度的影响较小,而V形密肋折板拱自身的矢高对结构整体刚度的影响较大;横向脊(谷)线拱作为屋盖的主要传力结构,增强其刚度可以明显提高结构的整体刚度;纵向脊线是结构的振动节线,其刚度变化对结构整体刚度影响不大;空腹桁架上弦作为V形密肋折板拱的拱脚边缘支承结构,提高其刚度几乎不改变屋盖结构的整体刚度;提高密肋梁的刚度会同时增大结构质量,因此密肋梁的刚度改变几乎不影响结构基频;由于有限元模型中屋面板中面与梁中面重合,板厚改变不影响结构的基频,屋面板可作为结构的刚度储备。     

混凝土板对钢空腹夹层板楼盖静力性能影响分析

为进一步研究混凝土板对钢空腹夹层板楼盖静力性能的影响,运用非线性有限元方法,通过建立精细化模型,对其在两个设计层次中的影响程度进行了对比分析。以混凝土板厚度作为变量,分析了不同混凝土板厚夹层板楼盖静力特性的变化趋势,并对其进行了比较。研究结果表明,混凝土板可以显著提高楼盖结构竖向刚度,并有效降低钢空腹夹层板楼盖上肋和剪力键的应力水平。根据常见结构跨度,混凝土板厚的取值范围在120 mm以内时,结构整体性能提高最为明显。因此,在设计分析时考虑混凝土板的影响是合理的。     

混凝土人字形密肋网壳与下部结构共同工作动力特性分析

对混凝土人字形密肋折板网壳与下部结构共同工作的动力特性,采用有限元方法计算24个算例,对比点支承网壳和屋盖与下部结构共同工作的自振频率与振型,有限元参数分析考虑屋盖矢跨比、肋刚度、脊线刚度和顶层抗侧刚度的影响。计算结果表明:屋盖点支承和与下部结构共同工作的自振频率分布均较为密集,点支承屋盖的振型主要为竖向振动,共同工作时,第1、2阶振型为平动振型,第3阶为扭动振型,高阶平动振型中伴随屋盖的竖向振动,屋盖不宜简化为理想点支承作抗震设计;屋盖矢跨比对整体结构前三阶频率的影响较小;提高顶层抗侧刚度有利于增大结构整体刚度;增大屋盖肋刚度时,结构整体刚度仍主要受下部结构刚度控制,屋盖肋截面在满足承载力需求前提下可按较小的高跨比确定;屋脊类似于屋盖拱向肋的系杆,不会影响结构整体刚度。     

人字形密肋式折板筒壳的静力性能分析

混凝土密肋式折板壳是密肋楼盖和折板结构的杂交体。以这种结构中的人字形筒壳作为研究对象,采用有限元方法进行了大量算例分析,详细讨论了波跨比、短筒壳的矢跨比、横隔刚度和边梁刚度等因素对结构静力性能的影响。分析表明,结构的受力性能类似于柱面筒壳。波跨比不宜大于1．5;对于短筒壳,网格数一定时,矢跨比对挠度和内力的影响较小,建议矢跨比不宜低于1／6;矢高较大时,横隔刚度对结构整体刚度的改善作用不大,边梁刚度对结构挠度和内力影响较大,建议边梁的截面高度按跨度的1／18—1／12。该结论可为类似工程应用提供参考。