平面圆弧形钢管桁架拱结构稳定性能研究

运用ANSYS有限元软件对影响平面圆弧形钢管桁架拱稳定性的参数(矢跨比、腹杆间夹角、弦杆和腹杆截面、拱架厚度等)进行了分析.结果表明,桁架拱结构的最优矢跨比在0.2～0.3之间;腹杆间夹角应控制在一定范围内,并使结构的承载效率较高;弦杆截面面积和拱架厚度均与结构承载力呈线性关系,但拱架厚度过大时对结构的承载力提高很小;腹杆截面对结构承载力影响很小,只需按腹杆和弦杆的外径比控制,并使其长细比符合相关规范要求.     

正放四角锥网架敏感性分析及抗连续倒塌性能

为揭示正放四角锥网架的连续倒塌破坏机理,采用备用荷载路径法并结合基于构件承载能力的敏感性评价指标,对正放四角锥平板网架进行动力非线性分析,模拟了结构的连续倒塌破坏过程,分析了厚跨比、跨度和支承形式对网架结构抗连续倒塌性能的影响.分析结果表明,周边点支承正放四角锥网架结构中部下弦杆、中间支座处腹杆为敏感构件,结构中部上弦杆、中间支座周围腹杆和上弦杆为关键构件;周边支承网架冗余度指标分布规律与周边点支承网架相似,冗余度指标小于周边点支承网架;点支承网架角支座腹杆和上弦杆为敏感构件,敏感构件相邻腹杆及中间支座腹杆为关键构件.通过加强关键构件的截面尺寸,可以显著提高结构的抗连续倒塌性能.正放四角锥网架冗余度指标分布规律不随厚跨比、跨度的变化而改变,冗余度指标大小与网架厚跨比、设计应力比成正比,而与模型跨度关系不大.     

某输煤通廊结构检测鉴定与加固策略分析

目的为了解决通廊稳定性不足等问题,找出巩固通廊的优化方案.方法对运输通廊结构进行现场检测,采用增大截面法制定三种加固方案,运用PKPM对通廊进行模拟计算,对比加固方案后通廊的内力、应力比和长细比的变化.结果通廊杆件锈蚀严重,承载力不足,部分杆件已变形.对比加固后的通廊进行分析:方案一对上下弦杆加固,加固后上弦杆内力减小31%,下弦杆内力减少25%;方案二对顶面桁架和底面桁架加固,加固后顶面桁架应力比减小23%,底面桁架应力比减少17%;方案三对上弦杆、顶面桁架和底面桁架进行加固,加固后上弦杆内力减小21.7%,顶面桁架应力比减小18.1%,底面桁架应力比减小13.9%.结论三个方案都能使结构更稳定,经对比分析可知,采用方案三可以使结构最平稳,承载力最高,故选方案三加固.     

交错桁架钢框架结构抗震设计方法研究

为实现交错桁架钢框架结构的延性设计,提高结构的抗震性能,通过研究桁架腹杆设计方法与结构层间位移角限值要求,提出了一种交错桁架钢框架结构抗震设计方法.首先分析了交错桁架钢框架结构中桁架的典型破坏机制,基于桁架空腹节间弦杆破坏的理想失效模式,提出了水平地震作用下桁架杆件的内力计算模型及罕遇地震作用下腹杆内力的调整方法;其次,基于桁架理想失效模式和极限变形能力,分析了罕遇地震下桁架层间位移角的组成,推导并提出了不同空腹节间距下结构的弹塑性层间位移角限值;最后,提出了水平地震作用下交错桁架钢框架结构抗震设计方法及流程.算例分析表明,采用本文提出的抗震设计方法,能有效地耗散地震能量,实现结构"强腹杆弱弦杆"和"大震不倒"的抗震设计目标.     

静力弹塑性分析方法在高层建筑结构中的应用

为了使静力弹塑性分析方法应用于高层结构的弹塑性变形计算,该文根据静力弹塑性分析的基本原理并结合高层建筑结构特点,通过理论分析,得到了既考虑多阶振型组合又能反映结构瞬时动力特性的静力弹塑性分析改进方法.算例计算表明:文中提出的改进的静力弹塑性分析方法可以适用于高层建筑结构在地震作用下的弹塑性变形计算;并且由于高层结构抗侧移刚度较小,在地震作用下侧向位移曲线受高阶振型影响明显.     

圆钢管K型弯管节点轴向刚度曲线参数化分析

为了研究K型弯管节点的轴向刚度—轴向荷载曲线,采用ANSYS对K型弯管节点进行了参数化分析,考虑的参数为:弦杆外径与其壁厚之比、腹杆与弦杆外径之比、腹杆外径与其壁厚之比、腹杆与弦杆轴线夹角、弯管坡度、弦杆轴力与其屈服荷载之比。引入两个无量纲参数,节点轴向刚度因子η和节点轴力因子ω,并确定了η-ω的关系曲线。分析表明:腹杆受压时与腹杆受拉时具有不同的节点轴向刚度,节点轴向刚度对结构的受力性能有较大的影响。通过多元线性回归拟合了腹杆受压时和腹杆受拉时的η-ω曲线,该曲线为钢管结构的分析及设计提供了节点刚度计算模型。     

一种减少多塔悬索桥塔顶不平衡力的方法

针对多塔悬索桥塔顶不平衡力过大、刚度下降、塔底弯矩及剪力明显增大等缺陷,本文提出一种新的解决方法。通过新增凸杆、斜腹杆及带节点板索夹等构件,形成新的悬索结构体系,其结构布置为：凸杆以塔为中心对称布置,与梁连接后作为桁架的下弦杆;主缆承担全部恒载后获得重力刚度,作为上弦杆;通过斜腹杆将上下弦杆连接形成桁式结构以抵御活载。该结构的承载理念是以传统悬索桥结构形式承担恒载,以桁架结构形式承担活载,既保留了传统结构承载力大的优点,又具有桁式结构刚度大的优点,从而有效减少结构的变形及不平衡力。本文以主跨为1 020 m的三塔双跨双线铁路桥为例,通过有限元方法分析表明：在用钢量同等或增加不多的前提下,多塔悬索桥的塔顶不平衡力大幅度减少,结构刚度明显提高,因此其特别适用于高铁或重载铁路桥梁。     

空间X+双KK型圆钢管焊接节点静力性能试验研究

对空间X+双KK型圆钢管节点的静力性能进行了加载的试验研究。介绍了节点试验方案,考察了节点的破坏性状及其承载力,检验节点构造措施是否合理,验证了实际结构节点分析建立的有限元模型的适用性以及应力分布特点和计算结果的正确性。X+双KK试件在设计荷载作用下各腹杆及节点区工作性能良好,各杆件均处于弹性阶段。加载至设计荷载2.0倍时,节点区受拉腹杆处测点首先进入屈服,加载至3.15倍设计荷载时,控制腹杆全截面屈服,节点区弦杆测点应力水平较小。随后,其它腹杆也进入屈服,节点区进入塑性且变形发展到弹性变形3倍以上时仍未发生断裂。指出在实际结构中,为得到与试验节点相似的承载力水平,焊接节点的腹杆与弦杆的相贯焊缝质量应加强监控。节点的有限元分析结果与实测结果最大误差为16.5%。     

交错桁架-柱装配式节点滞回性能试验研究

针对交错钢桁架与柱子装配式连接的工程应用和抗震设计需要,设计了三个不同连接构造的节点,试验研究了由上弦杆、斜腹杆和柱子组成的受轴力循环作用的桁架节点滞回性能,试验表明斜腹杆与节点板的焊接部位是薄弱环节,容易开裂破坏。在以上节点的斜腹杆破坏失效后,选择了其中两个节点,继续试验研究了由弦杆和柱子组成的受弯矩循环作用的框架节点滞回性能。分析了这些节点在斜腹杆失效前后的破坏特征、承载力、延性、耗能能力等性能以及不同连接构造细节对这些性能的影响。研究表明受循环轴力的桁架节点具有较高的承载力和初始刚度,但延性、耗能能力一般,弦杆与柱的连接构造形式对节点性能影响不显著;受循环弯矩的框架节点仍具有较高的抗弯承载力和耗能能力,但是弦杆与柱的连接构造形式对节点性能有较大的影响。为了抵抗地震作用,建议交错钢桁架的H形截面弦杆的上下翼缘应与柱子可靠连接,来确保斜腹杆破坏退出工作后弦杆通过抗弯方式传力到柱子,实现强节点的功效。     

KT型相贯节点极限承载力非线性有限元分析

对KT型圆钢管空间相贯节点的极限承载力进行了非线性有限元分析,揭示了KT型相贯节点的受力性能.结果表明:随着支杆与弦杆直径比、腹杆与弦杆直径比、支杆与弦杆厚度比、腹杆与弦杆厚度比和弦杆径厚比的变化,节点发生弦杆局部屈曲模式和腹杆轴向屈曲破坏2种破坏模式;支杆弦杆直径比和支杆弦杆厚度比的变化对节点极限承载力没有显著影响;与规范中平面K型相贯节点计算结果的比值在0.75左右.     

基于影响线多源信息融合的悬索桥损伤识别

为了精确识别悬索桥结构构件的损伤位置及程度,建立悬索桥空间结构有限元模型,通过模拟准静态加载提取并分析结构的位移、应力影响线,并构建了影响线曲率差指标,通过提取结构振型与频率,构建悬索桥结构柔度矩阵,并构造柔度曲率差变化率指标,用于悬索桥结构构件损伤识别。基于Dempster-Shafer证据理论融合影响线与柔度指标,对模型中纵向下弦杆、纵向斜腹杆和吊杆的不同位置与程度损伤进行识别敏感性研究。研究表明,柔度曲率差变化率损伤识别指标比影响线损伤识别指标对悬索桥构件损伤更为敏感,信息融合指标比单一损伤识别指标损伤定位精度更高,且具有较好的噪声鲁棒性。     

浅谈广州新光大桥钢结构的弦杆和腹杆制造工艺

新光大桥主桥为三跨连续下承式钢桁拱桥,根据结构形式和发运单元将全桥划分为以下零部件类型：弦杆、腹杆、横撑、斜撑、横梁、纵梁、人行道附属设施等。本文主要分析了弦杆、腹杆的主要制造工艺。     

长悬臂桁架受横向集中力的拓扑优化

用解析方法推导拓扑优化最小重量长悬臂桁架.桁架在应力约束下,自由端受横向集中力作用,桁架宽度为常数,它的节长、结点坐标、腹杆和弦杆的角度,以及所有杆的横截面尺寸均为设计变量.分析结果表明,拓扑优化桁架中的各节腹杆的位置和横截面面积相同,中间结点位于每节1/4位置.当结构长度趋于无限长时,腹杆趋于30°,60°,相对45°桁架的体积差别不大,与类桁架连续体的体积差别也很小.     

拱式转换层板厚对结构受力性能的影响

通过分析指出了拱式转换层板厚对结构受力性能的影响.结果表明,上、下弦杆的最大弯距和最大剪力随着上层转换层板厚的增大而增大;随着下层转换层板厚的增大,上弦杆的最大弯距和最大剪力明显增大,而下弦杆的最大弯距和最大剪力不断减小;随着上、下层转换层板厚的增大,斜腹杆的最大轴力不断增加;竖腹杆的最大轴力随着上层转换层板厚的增大而增加,随着下层转换层板厚的增大而减小.     

腹杆与弦杆倾角不相等圆钢管搭接节点极限承载力计算公式适应性研究

建立合理的有限元模型,应用有限元法对腹杆与弦杆倾角不相等圆钢管搭接节点进行非线性计算,得出的承载力具有相当的准确度.与弦杆倾角较大腹杆作为搭接腹杆的节点极限承载力较高.由研究分析可知当贯通腹杆与弦杆夹角减小后,节点搭接率降低,但不论CW还是TW型搭接节点极限承载力均相对对称节点有所提高.由公式的计算结果与数据库中N型搭接节点试验结果进行比较可知计算公式可以准确的预测腹杆与弦杆倾角不相同搭接K型节点极限承载力.     

墩身高阶振型对高墩地震反应影响

采用增量动力分析的方法,全面讨论了墩身高阶振型对桥梁结构地震反应的影响.首先分析了现有规范中的桥梁抗震设计方法应用于高墩的局限性;随后采用了增量动力分析方法,在考虑墩身高阶振型效应的情况下,对高墩桥梁结构在地震作用下的性能进行了研究.结果表明:由于墩身高阶振型贡献,高墩在强震作用下可能沿墩身产生多个塑性区域;墩顶位移与墩底曲率不再同步变化,高墩墩顶极限位移不能采用规范中的方法进行计算;高墩墩身的地震剪力及弯矩需求也会由于墩身高阶振型的显著影响而变得十分复杂.最后提出了针对高墩抗震设计的一些改进措施.     

高耸钢筋砼电视塔结构地震反应的高振型影响分析

采用基于振型叠加法的结构地震响应时程分析方法，求出各阶振型分别在高耸钢筋砼电视塔结构地震反应中的贡献，从而分析了高阶振型在该类结构地震反应中的影响程度，分析结果可供该类结构的抗震设计参考。     

立体桁架结构敏感性分析及抗连续倒塌性能

采用ABAQUS动力隐式分析方法,考虑压杆屈曲的影响,对立体桁架结构进行敏感性分析,得到极端荷载作用下结构的连续倒塌破坏模式以及敏感构件、关键构件的分布规律,分析高跨比、跨度和截面形式对立体桁架抗连续倒塌性能的影响。研究结果表明:倒三角截面立体桁架敏感构件为支座附近的上弦杆、A类腹杆和B类腹杆;正三角截面立体桁架敏感构件为跨中下弦杆和支座附近的A类和B类腹杆。关键构件均为支座附近A类腹杆,通过增大关键构件的截面外径,可以有效提高结构的抗连续倒塌性能。在保证相同应力比的情况下,随结构高跨比增加或跨度减少,相同位置杆件的敏感性指标增加,敏感构件分布范围增大。     

FRP-铝合金平面桁架结构极限承载性能试验研究

为了提升脆性FRP拉挤型材应用于桁架体系时的结构延性承载性能,提出了将金属材料构件和不同组合节点应用于FRP桁架体系的组合设计理念。设计和制备了一榀FRP-铝合金平面桁架模型,通过开展结构四点弯曲极限破坏试验,揭示了结构的全过程非线性位移响应、破坏模式及机理,进而对所提设计理念及结构延性提升措施的可行性进行了验证。试验结果表明：组合平面桁架结构在最终失去承载力之前呈现出组合节点滑移、铝合金上弦杆压屈变形、端部GFRP斜腹杆压溃破坏等多种渐进破坏模式,结构全过程荷载-位移曲线表现出明显的非线性变化趋势,特别是铝合金上弦杆的压屈效应使整体结构具备了明显的延性变形特征。建议可通过对FRP桁架在结构和构件层面进行组合设计,使其获得良好的延性承载性能和破坏预警信息,以提升结构的安全性和鲁棒性。     

基于增量理论的震损结构抗震性能评估方法

为了准确评估地震受损结构的抗震性能,基于模态弹塑性理论,提出了一种考虑结构动力特性的增量静力弹塑性分析方法(IDPA)。该方法结合动力时程分析方法和静力弹塑性分析方法的优点,对传统Pushover分析方法中结构在地震作用下的顶点目标位移确定方法进行了改进,同时考虑高阶振型影响,改进了传统方法中侧向力的加载模式;确定了建立地震受损构件抗震性能分析模型的方法,给出了IDPA方法针对地震受损结构抗震性能评估的实施步骤。将改进方法应用于某10层受损钢筋混凝土框架结构的抗震性能评估中,对比分析了传统方法和IDPA方法计算结果与时程分析计算结果的差异。计算结果表明,IDPA方法能够有效模拟损伤结构在地震作用下的真实反应,也能体现损伤结构再次遭遇地震作用时的非线性行为,特别是对于高阶振型影响明显的结构,IDPA方法能够获得较理想的评估结果。