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深圳大学学报（理工版） 2012年第2期29卷 142-147页

作者：张晋罗鑫昌蔡建国杨小敬冯健东南大学混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室南京210096

以中国新疆国际会展中心张弦屋盖为例,分析不同分段施工对大型张弦桁架结构设计的影响,建立了考虑不同分段施工方法的设计模型,采用基于状态非线性的有限元单元生死法对设计模型的计算结果进行分析.结果表明,在统一的零状态以及有限的... 详细信息

以中国新疆国际会展中心张弦屋盖为例,分析不同分段施工对大型张弦桁架结构设计的影响,建立了考虑不同分段施工方法的设计模型,采用基于状态非线性的有限元单元生死法对设计模型的计算结果进行分析.结果表明,在统一的零状态以及有限的预应力张拉控制目标条件下,结构预应力状态下张弦桁架的拉索内力、滑动端位移及拉索张拉控制力需结合具体的分段施工来确定;承载能力极限状态下,一次成型设计方法得到的支承柱的应力比偏小,设计结果偏于不安全;滑动端极限位移与分段施工方法密切相关,传统一次成型设计方法得到的结果偏小,致使滑程的设计结果偏于不安全.

关键词：施工力学张弦桁架结构分段施工方法极限状态预应力张拉控制力承载能力极限状态应力比大型钢结构

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张弦桁架结构倒塌机理与抗倒塌技术研究

张弦桁架结构倒塌机理与抗倒塌技术研究

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作者：龚鹏东南大学

学位级别：硕士

大跨空间结构具有造型轻盈优美、受力合理、跨度大等优点,被广泛应用于会展中心、航空港等大空间重要公共建筑。大跨空间结构广泛应用的同时,结构倒塌事故也时有发生。张弦桁架结构作为一种典型大跨空间结构,其冗余度较低,且拉索的重要... 详细信息

大跨空间结构具有造型轻盈优美、受力合理、跨度大等优点,被广泛应用于会展中心、航空港等大空间重要公共建筑。大跨空间结构广泛应用的同时,结构倒塌事故也时有发生。张弦桁架结构作为一种典型大跨空间结构,其冗余度较低,且拉索的重要程度很高,破坏后结构传力路径将发生很大改变,因此其连续倒塌问题很值得分析与研究。目前,有关张弦桁架结构连续倒塌机理的研究较少,现有研究中的初始失效构件多为拉索,对其他类型的初始失效构件研究较少,且对构件失效后剩余结构的极限荷载及在极限荷载作用下的连续倒塌机理研究欠缺。本文以大跨张弦桁架结构为研究对象,分析其在四种工况下的连续倒塌机理,并针对连续倒塌机理中杆件受压屈曲提出抗倒塌措施,具体研究内容如下:(1)分别选取下部拉索、支座下弦杆、跨中上弦杆、中间撑杆为初始失效构件,利用LS-DYNA分析剩余结构在极限荷载作用下的连续倒塌机理。结果表明,下部拉索和支座下弦杆的极限荷载系数远小于跨中上弦杆和中间撑杆,重要程度高;拉索失效后,跨中上弦杆受压屈曲引起上部桁架跨中形成塑性铰,结构迅速倒塌;支座下弦杆失效后,支座腹杆受压屈曲引起支座失效,结构迅速倒塌;杆件发生屈曲后,轴力迅速下降,不能继续承载,对结构连续倒塌过程有着重要影响,由此提出具有二次刚度的抗倒塌套管构件。(2)阐述了抗倒塌套管构件的组成部分及工作机理,并完成2根抗倒塌套管构件单向加载试验。结果表明,抗倒塌套管构件的屈曲形态包括二阶屈曲和一阶屈曲,构件发生二阶屈曲时具有较大的承载力和二次刚度,构件发生一阶屈曲时具有较大的二次刚度;试验屈曲形态和由内管简化计算模型得出的屈曲形态保持一致。(3)利用ABAQUS建立抗倒塌套管构件实体模型,有限元分析结果与试验结果吻合较好。有限元参数化分析表明,构件初始缺陷幅值比越小,钢绞线截面面积比越大,中部撑板高度比越大,内外管刚度比越大,内管长细比越小,轴力-轴向位移曲线的二次刚度和最大承载力越大,屈曲形态为二阶屈曲。接着,推导出构件发生二阶屈曲时轴力-轴向位移曲线上三个关键点的理论公式,并通过有限元参数化分析结果验证了理论公式的正确性。(4)将抗倒塌套管构件应用于张弦桁架结构中,替换受压屈曲的杆件为抗倒塌套管构件。结果表明,拉索失效后抗倒塌套管构件能有效防止跨中上弦杆受压屈曲引起的连续倒塌,结构极限荷载提升24%和36%,结构抗倒塌性能提升效果明显;支座下弦杆失效后抗倒塌套管构件能有效防止支座腹杆受压屈曲引起的连续倒塌,结构极限荷载提升28.6%,结构抗倒塌性能提升效果明显;将不同支座刚度张弦桁架结构中受压屈曲的杆件替换为抗倒塌构件,替换后结构的抗倒塌性能均有所提升。

关键词：张弦桁架结构倒塌机理抗倒塌套管构件二次刚度抗倒塌性能

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张弦桁架结构的整体稳定性能研究

张弦桁架结构的整体稳定性能研究

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作者：邵瑞昆明理工大学

学位级别：硕士

随着经济实力的增长、人民生活水平的提高,近年来我国各地大力开展基础设施建设,建成了一批具有国际先进水平的机场、会议展览中心、体育场馆等大跨度、大空间民用公共建筑。为了满足现代建筑美学和建筑使用功能的要求,钢结构以其自重... 详细信息

随着经济实力的增长、人民生活水平的提高,近年来我国各地大力开展基础设施建设,建成了一批具有国际先进水平的机场、会议展览中心、体育场馆等大跨度、大空间民用公共建筑。为了满足现代建筑美学和建筑使用功能的要求,钢结构以其自重轻、便于表达建筑造型、施工速度快、工期短等优点被广泛应用于大跨度空间结构中,进而推动了我国空间结构设计和施工技术的发展。张弦梁结构是由弦(索)、撑杆和压弯构件(梁、拱)组合而成的新型自平衡体系,它充分利用高强索的抗拉性能改善了整体结构受力性能,成为受力合理、制造运输方便、施工简单的自平衡体系,是具有良好应用价值和前景的新型结构形式。伴随国民经济的提升,基建设施的增多,我国对大跨度张弦梁结构的研究也逐步深化。其代表性工程为已经建成使用的上海浦东国际机场航站楼钢屋架、广州国际会议展览中心展览大厅钢屋架、哈尔滨国际会展体育中心和国家体育馆。索网结构属于柔性结构,它是张力结构体系的一个重要组成部分,和传统刚性结构相比,其结构行为有两个显著的特点：一是几何形态和索预应力分布相互影响,力学分析模型的确定需要通过找形实现,这是一个高度几何非线性的过程;二是在结构负荷工作阶段,其力学行为也体现出较高的非线性特性。对于二者的结合可以有效地提高材料的性能,为大跨度空间工程结构形式的拓展奠定了坚实基础。本文采用有限元基本理论进行分析,有限元法的基本思想是：将问题的求解域划分为一系列的单元,单元之间由节点相连。单元内部的待求量可由单元节点通过由平衡关系和能量关系建立的函数关系插值得到。由于单个单元形状简单,就给节点的方程式带来了很大方便。然后将各单元方程组成代数方程组,计入边界条件可对方程求解。首先,在查阅大量国内外相关文献资料的基础上,简单回顾了张弦桁架结构的发展概况、国内外研究现状及其在工程实践中的应用情况;并介绍本文张弦桁架结构的课题背景、国内外研究现状及工程应用情况,并明确了本文的主要研究内容。本文运用非线性有限元理论,主要研究分析两大方面的内容。一是：研究单榀张弦桁架结构的静力性能,并通过分析索的预应力、撑杆间距、索的垂跨比、索截面面积等参数对结构静力性能的影响,确定张弦桁架的合理截面及预应力的大小;二是：通过有限元软件ANSYS,对张弦桁架结构在受全跨荷载作用下应用非线性有限元法,进行整体稳定性分析,并分析索的预应力、撑杆数目、索的垂跨比、索截面面积、不同宽度下的高跨比、矢跨比等参数对张弦桁架平面外稳定性的影响。通过本文的研究分析获得了一些有价值的结论。

关键词：张弦桁架结构静力性能特征值屈曲分析非线性屈曲分析整体稳定性

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张弦桁架结构张拉过程分析与方案优化

张弦桁架结构张拉过程分析与方案优化

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作者：赵志增哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

上世纪80年代起,中国迈着现代化脚步一路向前,产业链的带动使得建筑业在悄无声息中得到了飞速发展,从传统的砖混结构、框架结构拓展出许多新的体系。本论文所研究的大跨度张弦桁架结构就属于方兴未艾的大跨空间结构体系中的新型形式,也... 详细信息

上世纪80年代起,中国迈着现代化脚步一路向前,产业链的带动使得建筑业在悄无声息中得到了飞速发展,从传统的砖混结构、框架结构拓展出许多新的体系。本论文所研究的大跨度张弦桁架结构就属于方兴未艾的大跨空间结构体系中的新型形式,也是现阶段空间结构的代表性体系之一。由于张弦桁架结构受力好,且具有良好的稳定性能,目前被广泛应用于体育馆、会展中心、机场等大型建筑中。张弦桁架结构是通过上弦桁架承受压弯荷载,对支座形成推力,而下部拉索对其施加拉力,两者互相作用后抵消,形成的具有自平衡功能的新型结构。目前对其结构的研究也取得了较丰富的成果,主要集中在结构使用过程中的性能研究、结构的动力特性研究等。而对于结构成形前后的节点受力、张拉方案选定等相关因素对结构最终位形的影响研究则考虑较少,因此有必要对主要施工工序中的结构受力及性能进行细致探讨。张弦桁架结构施工过程中的影响因素较多,本论文将根据实际施工张拉过程中所遇到的影响结构成形的受力节点、张拉方案的优化、张拉过程中的结构变形及内力变化、施工过程以及施工完成后的健康监测重要性等进行分析,对张拉过程的影响进行讨论。本文首先介绍了张弦桁架结构的特点与分类,在张弦结构工程上的应用与发展中介绍了国内外比较典型的工程案例。然后对张弦结构的受力性能、计算理论、找形方法、施工过程分析等几个方面进行了归纳,由研究中存在的问题引出论文所要完成的工作。其次简要总结了用于结构分析的几何非线性有限元理论,从基本分析方法、基本求解方法两方面介绍了该理论。其中基本分析方法包含完全拉格朗日法和修正拉格朗日法,基本求解方法中最常用的是混合法。通过北京北站、黄河口物理模型试验厅海域B厅两个张弦桁架工程施工方案,运用有限元的方法模拟了整个施工过程。结果表明,仿真模拟计算分析方法可以得到收敛并获得合理的结果,同时可以获得施工过程中的受力情况,证明本文所使用的方法及有限元软件ANSYS分析该类工程的可靠性,值得同类工程借鉴。论文最后对某钢结构试验厅(一期)工程运用有限元软件ANSYS进行分析,建立了有限元模型,并根据施工方法进行了仿真分析计算,总结得出:(1)张拉施工前的节点深化分析可以为张拉施工的张力控制值设定提供依据,有利于保障后续张拉施工的安全,应成为同类施工的重要工序。(2)张拉施工方案的优化及仿真模拟与监测结果应具有一致性。通过施工过程中的监测,随时调整张拉力,对出现的应力突变、峰值过大、杆件损坏等不利因素或影响工程质量的部位及时消除或调整。(3)生命健康周期监测的必要性和重要性。工程完工投入使用后,通过监测监控结构使用过程中的受力情况和重要构件的数值情况发现整体平稳、波动不大,说明结构整体使用良好。以上成果对同类工程的施工具有一定的借签意义。

关键词：张弦桁架结构施工过程预应力张拉仿真分析施工监测

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张弦桁架结构的稳定性研究

张弦桁架结构的稳定性研究

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作者：黄成江苏大学

学位级别：硕士

张弦桁架结构是一种新型的刚柔相结合的杂交结构体系,具有自平衡功能、刚度大、建筑形式的适用性广泛等许多优点。从上世纪80年代提出张弦桁架结构这一概念后,在全世界范围内得到了广泛的应用。张弦桁架结构的结构形式仍在不断的创新和... 详细信息

张弦桁架结构是一种新型的刚柔相结合的杂交结构体系,具有自平衡功能、刚度大、建筑形式的适用性广泛等许多优点。从上世纪80年代提出张弦桁架结构这一概念后,在全世界范围内得到了广泛的应用。张弦桁架结构的结构形式仍在不断的创新和发展,具有广阔的应用前景。\n 目前张弦桁架结构的研究成果有限,系统的稳定性理论尚未建立,因此对于张弦桁架结构的稳定性研究非常必要。本文以镇江体育会展中心张弦桁架结构为工程背景,运用有限元软件进行了结构参数对张弦桁架结构的静力性能影响分析,稳定性分析。主要的研究内容及结论如下:\n 通过改变单榀张弦桁架结构主要参数,施加一个逐步增大的外荷载,研究结构参数对结构受力性能的影响,为后续研究做一个铺垫,为张弦桁架结构的设计、施工提供参考。\n 对整体张弦桁架结构的张拉施工进行了施工模拟分析,得出的理论结果与实际监测结果非常接近,说明模型与原型结构满足相似性要求,为后续分析提供前提条件。通过对整体张弦桁架结构施加一个逐步增大的外荷载,研究张弦桁架结构的静力稳定性,在对结果的处理主要分为两步:第一步,研究结构在外荷载作用下最大应力、最大位移的位置以及发展趋势,选取几个有代表性的外荷载,如设计荷载80kN、两倍设计荷载、结构失稳破坏时荷载,找出结构最大应力、最大位移的节点。第二步,对选取的节点,进行荷载全过程分析,研究结构的静力稳定性能。结构静力稳定性分析为后续动力稳定分析提供参考。\n 在静力分析模型的基础上,对结构施加设计荷载,进行模态分析,研究结构的阵型以及特征值屈曲形态。输入El-Centro地震波,选取静力稳定分析中内力最不利点、位移最大点,分析结构内力、位移时程曲线,研究结构动力稳定性分析。\n 本文通过对单榀张弦桁架结构各因素对结构受力性能的影响分析,整体张弦桁架结构静动力稳定性分析,得出相应结论为张弦桁架结构的设计、施工以及未来的研究者提供参考。

关键词：张弦桁架结构结构参数静力稳定性模态分析特征值屈曲形态

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126.6m跨张弦桁架结构的设计与研究

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空间结构 2005年第1期11卷 24-29页

作者：杨叔庸孙文波舒宣武华南理工大学建筑设计研究院广东广州510641

介绍了广州国际会议展览中心屋盖的大跨度张弦桁架结构的特点、结构分析和节点设计的情况,介绍了关于张弦桁架结构的刚度和水平动力特性方面的研究,以及弯曲钢管、相贯节点、铸钢节点等试验研究的成果.

关键词：张弦桁架结构设计与研究广州国际会议展览中心节点设计结构分析动力特性相贯节点试验研究铸钢节点大跨度屋盖刚度

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广州国际会议展览中心张弦桁架结构节点设计

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建筑结构 2004年第11期34卷 28-29,46页

作者：杨叔庸孙文波诸福华华南理工大学建筑设计研究院广州510640 同济大学建筑设计研究院上海200092

系统地介绍了双K型钢管相贯节点、大型铸钢节点、钢索抗滑节点、滑动铰支座节点等特殊节点形式在广州国际会议展览中心屋盖张弦桁架结构中的应用 ,并对节点设计情况进行了阐述。

关键词：广州国际会议展览中心张弦桁架结构节点设计屋盖铸钢节点钢管相贯节点钢索铰支座抗滑滑动

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大跨张弦桁架结构参数优化设计

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建筑科学与工程学报 2013年第4期30卷 121-126页

作者：刘树堂广州大学土木工程学院广东广州510006

研究了厚高比、垂高比及高跨比对张弦桁架结构优化设计的影响。在优化设计中,以结构质量为目标函数,杆件截面积为优化设计变量;引入杆件长细比、强度和稳定以及结构刚度等约束条件,采用直接搜索法搜索最优解。研究结果表明:垂高比的最... 详细信息

研究了厚高比、垂高比及高跨比对张弦桁架结构优化设计的影响。在优化设计中,以结构质量为目标函数,杆件截面积为优化设计变量;引入杆件长细比、强度和稳定以及结构刚度等约束条件,采用直接搜索法搜索最优解。研究结果表明:垂高比的最优值约为0.10,厚高比的最优值约为0.145,高跨比的最优值约为0.18;在高跨比小于等于0.17时,结构设计主要是由结构刚度条件控制。本文方法和研究成果可为大跨张弦桁架结构的设计和施工提供一定借鉴和参考。

关键词：张弦桁架结构优化设计拉索设计预应力结构位移约束

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张弦桁架结构拉索设计预应力影响因素研究

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广州大学学报（自然科学版） 2011年第6期10卷 62-67页

作者：刘树堂广州大学土木工程学院广东广州510006

提出预应力态张弦桁架结构计算模型,采用有限元分析技术建立了拉索设计预应力计算公式,以哈尔滨国际体育会展中心屋盖张弦桁架结构型式为背景建立算例结构模型,研究了拱桁架上下弦杆截面积比对拉索设计预应力、结构特征杆件内力和结构... 详细信息

提出预应力态张弦桁架结构计算模型,采用有限元分析技术建立了拉索设计预应力计算公式,以哈尔滨国际体育会展中心屋盖张弦桁架结构型式为背景建立算例结构模型,研究了拱桁架上下弦杆截面积比对拉索设计预应力、结构特征杆件内力和结构变形的影响,以及张弦桁架结构矢跨比所产生的影响.文章的研究方法和成果可为今后此类大型张弦桁架结构的设计和施工提供借鉴和参考.

关键词：张弦桁架结构拉索设计预应力哈尔滨国际会展体育中心预应力设计准则

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张弦桁架结构预应力拉索施工过程仿真分析

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工程建设 2022年第7期54卷 39-45页

作者：李磊新疆大学建筑工程学院新疆乌鲁木齐830017

为了解张弦桁架结构在预应力拉索施工过程中的受力和变形状态,本文以某大型会展中心工程为例,采用Midas Gen有限元软件进行仿真分析,得出张弦桁架结构构件的应力、位移及拉索索力,并与实际施工过程中构件的应力、位移、拉索索力进行对... 详细信息

为了解张弦桁架结构在预应力拉索施工过程中的受力和变形状态,本文以某大型会展中心工程为例,采用Midas Gen有限元软件进行仿真分析,得出张弦桁架结构构件的应力、位移及拉索索力,并与实际施工过程中构件的应力、位移、拉索索力进行对比。结果表明:施工过程仿真分析能保证施工过程的安全性,对制定施工方案和指导实际施工具有一定的参考价值。

关键词：预应力拉索张弦桁架结构施工过程仿真分析

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