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新长沙火车站站台钢雨篷采用树状结构的刚架体系。从整体受力体系的角度来设计树状结构,进而详细分析其受力状况;通过非线性屈曲分析,跟踪加载的全过程,可知树状结构具有较好的稳定性和承载能力;采用有限元软件对其中的关键节点进行数值分析,结果表明节点具有较强的强度和刚度。整个结构体系满足规范要求。
东营会展中心展馆结构采用管桁架+塔架拉索结构体系,上覆PTFE膜材;由于建筑功能要求不设缝,展馆钢屋盖长度达360m,层2钢筋混凝土结构长度达189m,属严重超长结构;会议中心采用车辐式索桁架结构,钢索的张拉工艺采用位移控制法。对上述设计中的关键技术进行了介绍,供类似工程参考。
东营会展中心展馆主体采用钢筋混凝土框架结构,基础采用高强预应力管桩基础。展馆长约189m,属超长结构,结构设计中通过结构计算和设置后浇带、配置纵向构造钢筋和无粘结预应力钢筋等措施,减小了温度作用和收缩变形对钢筋混凝土结构的不利影响。计算结果表明,降温荷载在框架梁和楼板中产生较大拉应力,楼板开洞部位拉应力集中;温度作用在框架柱中产生剪力和弯矩,在框架柱和基础设计时必须考虑。
结合某体育馆钢结构屋盖工程,采用了由中部双层网壳和外围单层网壳形成的支承于周边立柱的组合网壳结构。通过整体结构的有限元分析,证明在外荷载作用下,结构整体刚度较好,边界约束方式对其无显著影响,结构的力流方向以沿短跨方向传递为主。双层网壳、单层网壳和外围立柱组合形成协同工作状态。刚度较大的双层网壳对整体结构刚度无明显提高作用,整体结构的刚度取决于双层网壳的下部支承结构。
分析了茌平体育中心体育馆工程的建筑造型,根据屋盖造型提出了四种结构体系并进行了初步的对比分析,确定出了各方面性能较好的弦支穹顶结构体系作为屋盖结构体系,采用三维建模技术得到了钢拱的空间曲线。结合建筑使用功能和结构受力的要求,分别调整了弦支穹顶的结构布置并局部修改了建筑造型,进而提出了本工程采用的大跨度弦支穹顶叠合拱结构体系。采用有限元软件对这一新型结构体系在各种荷载工况和组合下进行了静力分析以及模态分析,得到了结构的受力、变形和振型特点,为工程的设计和施工提供了参考。
在介绍塘沽某农用机库工程的基础上,结合建筑造型,分别设计了结构竖向、纵向和横向的受力体系。采用ANSYS有限元软件对张弦梁结构在各种荷载工况作用下进行了静力分析,得到了结构内力、变形和支座反力,并通过对计算结果的分析提出了在设计和施工中应注意的问题。
采用基于B-R运动准则的改进判别方法,结合结构时程响应曲线判定弦支穹顶结构的动力稳定性,研究拉索预应力、矢跨比对弦支穹顶动力稳定性能的影响。算例分析研究表明,在动力荷载作用下存在一组最优预应力,此时结构动力稳定临界荷载较大;在不同预应力作用下,随着矢跨比增大,结构临界荷载增大;在同一预应力作用下,随着矢跨比增大,结构临界荷载增大但幅度很小。
通过分析波纹腹板H型钢梁的弹性受力特点及剪切变形与弯曲变形的比例关系,提出对于此类型钢梁在计算变形时必须考虑剪切的影响,并通过试验和有限元模拟验证了上述结论。随后对各个构件的荷载-位移曲线分析得到了构件的延性系数,证明若设计合理,构件将具有较好的剪切强度和剪切延性,但是当构件为弯曲破坏控制时,构件延性一般。根据上述结论,提出了若干设计建议。
采用ANSYS软件,分析钢管混凝土柱-钢梁多向斜交节点中受拉加强环的应力、应变分布情况,并对主要影响因素进行分析。同时应用曲梁的有关理论,得出环板的应力分布规律。结果表明:与单向受拉和双向垂直正交节点的应力分布相比,梁-环结合转角处存在着应力集中现象,应力取决于斜交的角度,斜交角度越小,斜交区越易形成应力最大区。加强环板的厚度是影响加强环承载力的重要因素,分析结果可为加强环式节点的设计提供参考。
通过某特高压输电线路塔架结构中典型的单角钢螺栓连接节点的足尺试验,对节点板的受压性能、破坏形式及极限承载力进行了研究。利用有限元程序ANSYS建立合理的有限元模型模拟节点板的受力性能,并与试验结果进行了对比分析。将试验及有限元模拟结果与现行国内外钢结构规范关于节点板受压承载力计算公式的计算值进行了比较,验证了现行规范公式对于该类单角钢连接节点板受压承载能力计算的适用性。
依据有关规范和工程实践,提出了对高强螺栓直接施加预拉力的思路和方法,研制了高强螺栓液压预拉力张拉器,解决了扭矩系数不合规范要求的高强螺栓预拉力的施加及质量验收问题。工程实践表明,新工艺具有良好的应用效果和推广价值。
桩土的支承刚度通常存在数量级上的差异,因此实现桩土共同作用的关键是保证桩土的变形协调,对于摩擦桩可通过"塑性支承桩"的概念来实现,对于端承桩则需通过专门的变形调节装置来实现。对该装置进行了研究,研制成功的变形调节装置具有根据荷载自动调节自身变形的特点,并且支承刚度和变形调节范围均可事先人为设定。工程实践表明,研制的变形调节装置成功实现了端承桩的桩土共同作用,取得了显著的经济效益,该研究是正确、合理的,其工程实践也是成功的。
桩基按现行《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2002)计算的沉降量与实测值相差很大,主要是深层土的压缩模量定值由于土的扰动等原因造成实验室与现场实际相差很大。根据试桩数据,分析得出接近于真实的桩底土压缩模量,用此值作为计算依据能较准确预测建筑物沉降量。当计算群桩某点的沉降量时,若每个桩对该点的水平距离已知,根据规范就可算得该点桩底以下中垂线各点土的附加压应力。当计算点离桩距离较远时,距离计算点相近的多个桩,可用多个桩平均距离计算。按文中计算方法得到的沉降计算值与工程实测所得的沉降量符合很好。
结合工程实例介绍冲压机设备基础及冲压车间重载地坪设计。如冲压机设备基础的设计要素构成、主要参数及控制指标、计算模型和计算方法,重载地坪技术经济分析,深基坑内回填土的处理等问题。同时介绍了结构专业与其他专业的协作经验及施工图节点设计。为同类或相似工业动力设备基础的设计提供了借鉴。
对上海一平均深度为22.4m的超高层建筑基坑工程逆作法施工进行了实测分析。采用高层建筑与地基基础共同作用理论对基坑工程的逆作法施工进行全过程的理论计算,分析各个工况的中柱桩隆起、轴力、剪力和楼板弯矩以及地下墙竖向轴力的变化,并与实测的中柱桩的隆起进行对比,结果相当吻合。论证了高层建筑与地基基础共同作用理论对逆作法的适用性和合理性。
软土地基的多层建筑,当采用天然地基浅基础时,一般地基承载力可以满足要求,但沉降多数超过允许值。一幢3层办公楼,当采用筏板基础时,计算基础中点沉降达254.4mm,当基础下设置少量减沉桩后其沉降减至135.6mm,表明多层建筑采用减沉复合疏桩基础可以减少房屋沉降,同时工程基础造价与桩基础比较节省约33%。
连云港海相软土具有含水量高、压缩性高、孔隙比高、强度低及高触变性等特点,其工程性质较差。鉴于软土的特殊性,该地区广泛应用管桩作为基坑挡土结构。工程实践证明,管桩应用于基坑支护工程是安全可行的,尤其适应于深度为4~8m的基坑。工程实测表明,管桩支护体系的变形特性与灌注桩相似,内支撑的设置时间及场地土体特性是影响深层土体位移的主要因素;对于软土场地基坑,尽早设置水平支撑体系可以显著减小支护体系的变形;监测结果验证了管桩在该地区支护工程中的可行性与适用性。
针对某机场场道的大面积软基加固处理工程,采用了"高真空排水+强夯+冲击碾压"相结合的联合处理软基新技术。为研究高真空排水条件下采用大夯击能强夯处理饱和软土地基的可行性及用冲击碾压技术代替满夯来压实挤密土体表层的效果,对该联合处理技术方案进行了试验研究。试验结果表明,该技术处理效果好,施工速度快。试验为实际工程提供了合理的施工方法和施工工艺,进而为展开大面积施工提供了保证。
通过静载试验法和规程法计算分析静压管桩的短桩竖向极限承载力,结果表明:静压端承型短桩存在"短桩效应",倘若基桩竖向极限承载力设计取值不合理,在施工过程中沉桩终压桩力虽然达到设计要求,但在静载试桩时常常出现基桩竖向极限承载力不能满足设计要求,故与其他中长桩比较,在同一终压桩力条件下,端承型短桩的单桩竖向极限承载力标准值需考虑折减计算。同时提出短桩竖向承载力不合格问题的技术处理方法,由于静压短桩效应影响和短桩处理后条件的变化,应验算群桩竖向极限承载力。
根据型钢混凝土(SRC)框架结构的特点,将其性能划分为基本完好、轻微损坏、中等破坏和防止倒塌四个水平,并用层间位移角限值予以量化;将SRC多自由度体系转化为等效单自由度体系,导出了相应的等效参数,并根据其性能水平确定出结构的目标位移。在此基础上,提出SRC框架结构基于位移的设计步骤,并依此对结构进行承载力设计,用静力弹塑性分析方法对所设计的SRC规则框架结构进行推覆分析,校核结构的侧移形状与初始设计侧移曲线是否一致,在不满足变形需求时,用推覆至该性能水平时的侧移曲线作为修正后的侧移曲线重新计算。算例分析表明,文中方法简便实用、结果精确,能够实现SRC框架结构基于位移抗震设计的目的。
利用大型通用有限元软件ANSYS,通过对中国平安金融大厦工程的三维有限元分析,进行了自振特性和地震反应分析。得出了在不同支撑连接方式、不同楼板计算假定下结构的自振周期和振型,分析了在地震作用下结构的层间侧移、层间剪力和薄弱环节,并对不同计算方法对该类结构动力性能的影响进行了探讨,以期对同类工程的分析有较高的参考价值。
结合工程实例,对剪力墙住宅下部设车道的局部框支抗震墙结构进行了探讨,通过理论及数值分析,研究了这种结构的受力和配筋情况,确定了按框支抗震墙结构设计的范围。
对一振动较大的人行天桥进行了动力实测,利用有限元分析软件SAP2000建立该结构的有限元模型,利用基于实测数据的频谱分析以及模态分析的方法对其出现的振动问题进行分析,确定结构振动水平,并为同类结构的动力特性研究提供参考。此外,还从通行行人和通行车辆这两个因素对该天桥侧向振动过大的原因进行了深入分析,从而找到了造成该天桥产生实测振动特性的主要原因,对结构出现过大侧向振动给出了合理解释。
以薄板的大挠度弯曲微分方程组为基础,以平面内可自由滑动、平面外无位移的局部测量范围内膜材为边界条件,推导出不同材性膜材的位移与张力对应比例关系。结合鹿岛建设株式会社的试验,得到双向等张力情况下膜张力-位移相关公式,该公式适用于各向同性与正交异性的膜材。ANSYS有限元验证表明,该公式具有很高的精度,可以满足工程需要。
东营会展中心展馆屋盖为一大跨度圆柱壳空间曲面,周边悬挑较多,考虑到该建筑的重要性及膜结构对风荷载的敏感性,利用缩尺模型风洞试验对展馆屋盖在各种风向角下的风压分布情况进行了测试,得出了风荷载压力系数等参数,为展馆的抗风设计提供了可靠的依据。
通过对全尺寸低矮房屋的现场实测,分析了不同风向角的屋面风压系数的分布规律,同时对迎风向屋面角部和边缘的加密测点实测数据进行研究,总结了不同风场下该区域局部风压峰值的分布及其脉动规律。结果表明,迎风向屋沿局部风压远比屋面平均风压高,且屋面最大局部风压在斜风向产生,验证了该区域风洞试验结果的有效性、可靠性,并得到了一些有价值的结论,为改进低矮房屋的设计提供了依据。
对某一具有代表性的大型体育场看台挑篷刚性模型进行了表面测压风洞试验,详细介绍了试验所采用的主要技术参数和基本的数据处理方法,对比研究了在有、无临近建筑物干扰情况下的体育场挑篷表面风压分布的等值线图和结构典型测点在不同风向角下的风压变化规律。结果表明,邻近建筑对所测建筑的风荷载有一定的气动干扰影响,相关结论为结构的抗风设计提供了可靠的依据。
金成大厦屋面采光顶幕墙设计采用双向单层柔性索网结构,利用双向钢索预张应力承受外荷载作用。分析研究了双向单层柔性索网结构体系的作用机理、荷载工况组合及结构构件计算等问题,尤其对高层建筑顶部的结构构件在风吸力作用下的应力状态提出了荷载工况组合的方法。有限元分析的应力及变形结果为钢索预张拉力及施工位移控制提供了依据,并在实际的施工操作中得到了验证。
在单层索网技术的基础上研发出的隐式单索柔性支承体系,满足了在玻璃建筑中视觉上无结构的需求。它是利用玻璃有限的厚度将钢索隐藏在竖向胶缝中,通过预拉力使隐藏的钢索满足幕墙承载力及刚度要求。介绍了北京万通中心玻璃幕墙隐式单索结构的主要构造技术、结构特点及设计要点,其顺利实施为今后推广使用这种幕墙体系积累了较为完整的数据。
对12个碳纤维约束混凝土棱柱体试件(100×100×300)进行了重复荷载受压试验,分析了重复荷载作用下碳纤维约束混凝土加载及卸载应力-应变曲线的特征,基于试验结果的回归分析,建立了加卸载准则的数学表达式。分析预测与试验结果的比较证明了所提出的加卸载准则的准确性及适用性,为轴力和往复水平荷载作用下碳纤维约束混凝土柱的非线性分析提供了材料的滞回本构模型。
在完成2根预应力碳纤维板加固混凝土梁试验研究的基础上,提出了根据确定的目标延性系数反算碳纤维板加固面积或初始张拉控制应力的设计计算方法。通过计算结果与试验结果的比较,说明计算方法具有良好的适用性,可为实际工程设计提供参考。
针对一栋11层框剪结构底层框架柱混凝土工程的质量问题,分析了其对整体结构可靠性的影响。根据柱轴压比不同而分别采取两类加固措施:外套钢板箍及大缀板外包角钢柱,通过横向约束效应,提高混凝土强度,降低轴压比,增强结构延性;根据刚度等效原则计算了加固后结构的内力、动力反应、首层位移与层高比等控制值;最后验算了其耐久性。
依据收集到的313片混凝土剪力墙受剪性能试验资料,对我国现行《混凝土结构设计规范》推荐的剪力墙受剪承载力公式的可靠性进行了分析;分别采用我国规范混凝土剪力墙受剪承载力计算模式、混凝土偏心受压构件受剪承载力计算模式和美国ACI规范剪力墙受剪承载力计算模式,用回归分析方法建立了相应的剪力墙受剪承载力计算公式。分析结果表明,现行规范推荐的剪力墙受剪承载力公式的计算结果为试验结果的偏下限值,具有91.7%的保证率;而用上述3种计算模式建立的剪力墙受剪承载力公式,亦采用试验结果的偏下限值,均具有不低于95%的保证率。建议以我国规范的混凝土偏心受压构件受剪承载力计算模式为基础建立的公式,可作为混凝土剪力墙受剪承载力计算公式。
通过不同强度等级和水灰比混凝土的高温试验,考察这些因素对混凝土强度高温衰退性能的影响。结果表明,随温度增加,混凝土强度并非单调下降,而是经历低温衰减、恢复和高温衰退3个阶段。但不同等级混凝土高温强度仍具有相同的变化规律,并在200℃附近有一个极小值。
济南奥体中心体育馆火灾后,对主体钢结构采用了对比硬度回弹和钢材金相组织分析的方法进行现场检测,同时对网壳变形进行测量,对构件内力补充监测数据,并进行结构内力计算与分析。将检测结果、变形测量结果、构件内力监测数据与理论计算分析结果进行比较分析,对火灾后结构的安全性做出正确的鉴定评价。