索穹顶结构非线性分析的曲线索单元有限元法

针对目前在国内外引起广泛关注的大跨度索穹顶结构建议的了一种五节点曲线索单元有限元法，利用四次多项式作为位移插值函数，由应变的定义建立了可以考虑任意高阶位移影响的非线性应几何关系，从非线性弹性理论出发并基于Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ坐标推导了胡限元基本方程，进行了实例计算。     

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．     

索穹顶结构索杆破断的敏感性分析

提出了基于应变能的索穹顶结构索杆破断敏感性分析方法及其指标,给出了敏感性系数的定义,即索杆破断后振动过程中结构总应变能变化幅值与索杆破断前平衡态结构总应变能的比值． 以此系数作为评价结构对索杆破断敏感性的整体指标,将其应用于Levy 型索穹顶结构索杆破断的敏感性分析,并与其他方法及指标进行了对比． 结果表明:Levy 型索穹顶对环索和中心撑杆的破断最为敏感,其中最外圈环索破断对应的敏感性系数最大,因此应着重提高环索和中心撑杆的安全储备; 文中提出的评价指标对柔性索穹顶结构较为适用,能够从宏观上表征结构对索杆破断的敏感程度．     

索穹顶结构的发展及常见形式研究

索穹顶结构是体育建筑中普遍采用的一种结构,笔者基于多年的工作经验,在参考大量国内外相关文献的基础上,分析了空间张力结构体系的基本概念和发展现状,并以此为基础,分析了最具代表性的索穹顶的发展现状和常见结构形式,全文体现的是笔者对索穹顶结构形式的理解,相信对从事相关工作的同行有着一定的参考价值和借鉴意义。     

大跨度索穹顶结构风振响应的频域分析

建立了考虑和不考虑上覆膜影响的两个有限元分析模型,针对一工程实例,进行了结构的模态分析以及风振响应的频域分析,得到了结构的脉动风振位移响应根方差． 结果表明: 参振模态的适宜取值随跨度的增大而增大; 对于跨度100 m 以上的类似索穹顶结构,建议所选的参振模态数不小于450; CSM 体系索、立杆节点的动位移根方差小于CS 体系; CSM 体系中膜面的耗能作用不可忽略; 在风荷载作用下,CSM 体系的脉动风能大部分由膜面耗散; 对于跨度较大的索穹顶结构,顶部索膜结构对整体结构的风振响应有明显的影响．     

圆形平面轴对称索穹顶结构成形后的刚度计算

根据文献１滑移索单元迭代计算的基本思想,针对脊索呈辐射状分布的轴对称索穹顶结构,提出了成形后的刚度计算方法。利用Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ坐标描述法建立了受压桅杆及拉索的大位移切线刚度矩阵,基于虚功原理建立了索穹顶结构的非线性静力平衡方程,给出了滑移索单元计算的基本公式、方法和步骤,并进行了实例计算。结果表明,方法是可行的,可供设计和施工时参考。     

索穹顶结构多目标形状优化设计

为了得到指定结构跨度下的索穹顶结构形状最优设计方案,对设内拉环的Geiger型索穹顶进行单目标和多目标形状优化设计.以最小单位面积用钢量和最大结构刚度为目标函数,得到满足约束条件的整体预应力系数、拉索和压杆截面面积及结构形状参数的最优值.通过基于遗传算法的单目标形状优化设计以最小单位面积用钢量为目标的可行形状优化设计方案;多目标形状优化设计采用改进的带精英策略的快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ),可得到同时考虑结构用钢量和刚度的Pareto最优解.决策者可根据不同控制目标的偏好要求,选择设计方案.     

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.     

大跨度索穹顶结构半主动振动控制分析

为了实现大跨空间结构半主动振动控制,提出了一种基于模糊控制算法的半主动振动控制方法.以某体育馆大跨度索穹顶屋盖为分析对象,建立了基于台站与地震信息的地震动记录选择集,采用研发的新型压电摩擦阻尼器,开展索穹顶结构被动控制研究.将地面加速度和结构变形量2个指标作为控制参数,进行索穹顶结构半主动振动控制分析.结果表明：被动控制时不同地震动强度下结构峰值加速度、最大相对变形量的最小减振率平均值仅分别为3.7%和-1.6%;半主动控制下的压电摩擦阻尼器能够适应不同强度地震动,有效降低结构的峰值加速度和峰值位移,且峰值加速度减振率平均值为20.0%～41.9%,最大相对变形量减振率平均值为12.0%～19.0%.     

索穹顶的新形式及力学计算

索穹顶结构是张拉整体思想下产生的新的结构形式,目前应用较多的主要只有Levy型和Geiger型两种形式,但是索穹顶的形式是具有多变性的,本文首先介绍四种新形式索穹顶来说明索穹顶在平面立面上的形式变化,并通过ANSYS软件对四种新形式索穹顶进行初始预应力计算和模态确定,最后说明四种新形式的索穹顶的可行性。     

特大覆冰导线气动力特性测试

针对驰振发生时的特大厚度覆冰进行覆冰导线模型的风洞测试,试验结果表明,两种特大厚度冰型的覆冰导线在10－18m/s风速下的气动力曲线相似,双导线试验有尾流影响时的下风导线气动力幅度显著低于单导线的情形,试验冰型兼有扇形和新月形冰型的气动力负阻尼特点,有可能在扇形和新月形两类冰型的气动分析基础上进行一般覆冰导线防驰振技术的研究。     

空间结构的气动稳定性分析

空间网壳及索膜结构由于外观形状复杂,结构的振动也不是以单一振型为主,因此传统的节段模型气动稳定性判别式不再适用,根据大跨空间结构的特点,考虑弛振临界风速与相应来流攻角的关系,并同时考虑了侧向气动力以及侧向气动力与竖向气动力的相互作用,推导了采用体型系数而不是升力系数和阻力系数表示的临界风速判别式,通过算例结果分析表明,如果忽略来流攻角和侧向气动力,对大跨空间结构的驰振临界风速有较大的影响。     

协作体系斜拉桥的结构分析

协作体系斜拉桥是一种较为新颖的斜拉桥的结构形式,对于工程中常见的独塔及双塔斜拉桥,从结构的刚度和受力分析着手,对协作体系斜拉桥与普通的斜拉桥进行较为全面的比较,得出协作体系在变形及受力方特性,根据这一特性,提出了对工程设计的建议。     

地震时饱和黄土边坡的失稳模式分析

考虑到地震荷载作用下饱和黄土的孔隙水压力增长模式及液化规律,建立了饱和黄土无限边坡的动力稳定性分析模型。分析结果表明,此类边坡的失稳可分为液化型失稳和滑动型失稳两种基本形式,并给出了二者的判别指标。     

车桥耦合气动力特性和风压分布数值模拟

基于计算流体动力学，采用数值模拟的方法研究了车桥耦合体系气动力特性和风压分布．首先选取了雷诺应力湍流模型，分别建立了桥梁单体模型、车辆单体模型和车桥耦合体系模型．计算了3个模型在不同风向角下的气动力系数，并对各自的风压分布进行了比较．车桥耦合体系考虑了车辆和桥梁的耦合效应，在不同风向角工况下，车桥耦合体系的气动力系数，包括升力系数、阻力系数和倾覆力矩系数，都明显增大．计算结果表明，车桥耦合体系与桥梁和车辆各自单体相比较，气动力系数差异较大，故设计中应对此给予重视，以确保行车安全．     

考虑土应力历史的土压力计测量修正

土压力计测得的土压力往往偏离实际土压力,针对此问题进行了欠固结土和超固结土的理论分析和土压力计测量实验,结果表明:测欠固结土时匹配系数稍大于1,随压力的增加,土的压缩模量增大,匹配系数减小;测超固结土时,由于卸载,土压力计感应板与土之间形成缝隙,再加载时匹配系数小于1,随着荷载的增大,缝隙逐渐减小,直至消失,匹配系数逐渐增大,直至大于1,当土压力超过先期固结压力时匹配系数又开始减小.针对欠固结土、超固结土分别提出了土压力修正方法,将该方法用于挡土墙竖向土压力测量修正,修正结果与理论计算一致.     

考虑气动阻尼的浮式风机频域响应分析

分析了气动阻尼对浮式风机频域响应的影响.选取美国可再生能源实验室(NREL)提出的5兆瓦(MW)浮式风机模型作为算例,利用气动阻尼计算方法建立气动阻尼矩阵,再基于三维势流理论计算浮式平台的水动力系数,并将系泊系统视为线性弹簧以考虑其刚度,最后在频域内分别建立并求解考虑与不考虑气动阻尼两种情况下的浮式风机刚体运动方程.利用求解频域方程得到的幅频响应算子(response amplitude operators,RAOs)及结合JONSWAP海浪谱得到的响应谱,在频域内分析了气动阻尼对浮式风机刚体运动的影响.结果表明:作业工况下气动阻尼能有效地降低纵荡和纵摇运动RAOs的峰值,且能在一定范围内减小对应自由度上响应谱的幅值和零阶矩.     

建筑结构风荷载干扰效应的试验研究

在相邻建筑物的干扰下,受扰高层建筑的风荷载与其在孤立状态下相比会有较大的变化。采用测压刚性模型风洞试验研究了两个高层建筑间的风荷载干扰效应,得到了两个相同的矩形截面建筑在不同相对位置时受扰建筑各表面的风压系数变化规律。所得结果对结构的抗风设计有指导意义。     

考虑土与结构共同作用的挡土结构内力和变形

分析了作用在挡土结构上的土压力产生的机理,指出土压力应分为两部分：一部分产生于开挖卸载,另一部分产生于挡土结构位移。提出了一种考虑挡土结构与土体共同作用的分段弹性地基梁分析方法。     

巷道围岩应力分布影响因素的研究

通过有限元计算和光弹模拟方法对影响巷道自稳结构形状的因素进行了探计,分析了埋深、侧压秒数、巷道形状及裂隙等因素的变化对集中应力圈的作用,为合理选择巷道支护手段提供依据.