大型站房连续倒塌仿真分析

研究目的:大型交通枢纽的空间体量大、覆盖范围广,因而在遭遇偶然荷载作用并因局部失效诱致整体结构发生连续性倒塌时,会造成大量的人员伤亡和巨大的财产损失,应对其进行抗连续倒塌分析。为研究结构连续倒塌的全过程,采用瞬时加载法和大变形动力有限元软件LS-DYNA,对某大型站房进行2个单柱失效和1个双柱失效情况下的结构连续倒塌分析,构件破坏判断标准参考美国国防部规范UFC 4-023-03的要求。研究结论:分析结果表明:(1)在不同位置单柱失效情况下,该站房结构发生了局部破坏,但破坏限制在去除构件周围的一定范围内;(2)在双柱失效情况下,结构破坏范围明显加大,但最终破坏仍限制在局部范围内,不会造成整体结构的连续坍塌,结构具有较强的抗连续倒塌能力;(3)对于钢结构,提高材料的失效应变可以显著提高结构抵抗连续倒塌的能力;(4)该研究成果可为类似结构的安全性评价提供一种简便的尺度。     

单层变截面编织拱壳抗连续倒塌分析

研究目的:本文以某站房大跨单层编织网壳为对象,利用ANSYS有限元分析软件,对其进行抗连续倒塌分析。基于平均应力比的概念,根据柱子的应力大小,确定关键柱子。应用线弹性静力分析和非线性静力分析两种方法,对结构在单根关键柱失效的情况下的剩余结构进行连续倒塌分析。通过对比两种方法,从而探索此类大型公共建筑防止连续倒塌的更精确计算方法。研究结论:(1)采用平均应力比作为结构的移除指标以代替重要性系数的方法方便可行,说明此方法不仅适用于框架结构,也可推广到大跨空间结构;(2)静力分析方法比动力分析方法方便可行,但可能会导致更保守的结果;(3)边拱柱子失效后,边拱局部区域发生破坏,发生很大的位移及杆件转角,构件内力发生重分布,这说明边拱柱子是结构的重要部位,在使用过程中应重点防护;(4)拱顶接近悬挑端中部有部分杆件出现断裂情况,但没有大面积扩散,在实际设计中应对此部分进行重点防护;(5)本研究揭示的建筑连续倒塌的机制与模式,可用于大型车站建筑防爆抗爆及设计。     

某铁路站房大跨屋盖钢结构设计与分析

铁路旅客站房为实现大跨空间,其下部常采用钢筋混凝土框架而屋面采用钢结构,形成上柔下刚的结构体系。本文针对某铁路站房大跨屋盖钢结构进行有限元分析,详细介绍了钢屋盖结构体系并阐明了结构设计思路。该屋盖采用正交正放管桁架结构体系,杆件采用圆钢管,节点采用相贯节点。采用MIDAS Gen软件对屋盖单体进行有限元分析且满足相关规范要求后,再与结构总装模型分析计算结果进行对比,最终设计结果为采用两者包络设计的方法,进一步验证了结构的安全合理性并提出了总装模型分析的必要性,可为今后类似工程设计提供参考。     

铁路站台单柱雨棚结构抗连续倒塌性能研究

研究目的:以改建铁路宁西线渭南西站站台雨棚结构和天水南站站台雨棚结构为研究背景,采用非线性动力拆除构件法,对两种不同结构布置形式的"Y"形雨棚结构典型单元进行抗连续倒塌性能对比分析,研究两种结构的连续倒塌抗力机制和失效模式;并提出增设钢桁架和增设斜拉索两种抗连续倒塌措施,研究两种措施对结构抗连续倒塌性能的提升作用。研究结论:(1) KZ1是雨棚结构的薄弱部位,KZ1失效后RC模型和ST模型相对承载力均小于1. 0;(2) ST模型较RC模型具有更强的抗连续倒塌性能,尤其是在悬链线机制阶段,前者的相对承载力较后者提升超过了50%;(3)增设钢桁架和增设斜拉索措施均能有效增强雨棚结构的抗连续倒塌能力;(4)该研究成果可为评价站台雨棚结构的抗连续倒塌能力提供参考。     

大跨度铁路客站站房屋盖结构性能分析

针对呼和浩特东站站房大跨度钢结构屋盖的工程特性,进行结构的稳定性分析,得到结构的极限承载力上限,说明站房设计选型合理,同时可知风荷载及温度荷载对本站房结构的影响较大;进行考虑结构非线性的全过程分析,由于非线性的影响,结构的荷载系数有所降低,但是仍具有足够的安全储备,说明本工程的稳定性能良好,安全性高。对于大跨度屋盖结构的动力分析,进行考虑三维多点输入与一致地震动输入的比较,可以得到,在进行多维多点输入时,结构体型变化以及两翼处的内力有较大增加,而中部的内力有所降低,结构的位移响应变化差异性明显。     

中小型站房网架屋盖支座弹性刚度取值研究

结合沪昆高铁平坝南站站房结构这一具体工程实例,进行中小型站房网架屋盖支座弹性刚度取值的研究。通过下部框架结构位移函数值,拟合出下部X轴支承结构Y方向的支座水平刚度公式。根据公式计算得到下部支承结构的水平刚度,建立网架结构简化计算模型,并与整体模型的工作性能进行对比分析。计算结果显示,网架单独简化模型与整体模型相比,网架杆件轴力大小、跨中节点竖向位移和网架支座反力的大小相差较小,能够满足实际工程精度要求。运用本文提出的支座弹性刚度计算方法对网架单独建模计算,具有与整体模型计算相当的精度。     

福州南站房屋面钢结构性能化防火评估与设计

研究目的:福厦铁路福州南站建筑功能复杂,建筑结构选型独特.站房广厅和候车大厅采用超大空间的建筑布局,超出了国内现有建筑防火设计规范的有关规定.特别是对于屋盖体系这样重要的钢结构,套用国内现有规范方法难以满足抗火安全性与经济性要求.基于性能化设计思想,对南站站房工程钢屋盖主体结构的抗火安全性进行了评估.首先确定钢结构抗火性能目标,其次对整体结构在可能最不利火灾场景下的力学性能进行分析,最后根据结构的受火性能是否满足抗火性能目标来评估结构的抗火安全性及需要采取的防火保护措施.研究结论:通过性能化分析,确定了站房工程的防火设计和技术措施,研究结果也已获得消防评估专家组的认同和采纳,可供类似工程的结构抗火设计参考.     

BIM技术在杭州南站站房建设中的应用

杭州南站是集高铁、普铁运营的铁路车站,其站房的建筑方案为线侧式+高架候车。站房建设工程施工方案复杂、难度大,而且站房上部钢结构的加工、拼装、就位、美化及综合管线的布置精度要求高,为此在其建设全过程中引入BIM技术并开展深度研发应用,奠定了杭州南站按照"精品工程"标准开展建设的坚实基础。基于杭州南站BIM综合管理平台,该工程在设计深化、工期管理、现场质量管理、构件制造、工法创新以及数据查询、统计与校核等方面进行深入应用实践,实现了工期可控、质量精品、成本效益达标的建设目标。     

铁路大型站房结构体系对工程投资的影响研究

针对铁路大型站房的建筑特点及其结构体系的复杂性和多样性,在基于大量站房结构体系的类型及工程造价的基础上,采用主成分分析法和区间统计分析法,分析研究结构体系对工程投资影响的敏感因素,并重点分析抗震设防烈度、结构体系类型对工程投资的影响程度。数据表明：站房高架屋盖采用钢网架,高架层楼盖和轨道层采用预应力混凝土框架结构比较经济。另外站房高架屋盖最大柱距大于80 m或高架层楼盖柱距大于30 m时,其结构体系类型具有趋同趋势,高架屋盖最大柱距大于80 m时,采用钢网架结构具有较好的性价比;高架层楼盖柱距大于30 m时,采用钢结构对控制高架层标高十分有利。     

高铁站房结构健康监测系统设计

为了对服役期间高铁站房的安全状态进行及时评估和科学预警,设计并研发了一套高铁站房结构健康监测系统,包括传感器子模块、数据采集子模块、传输及处理子模块、数据管理子模块、安全评定与预警子模块及用户界面子模块。对各子系统的功能要求和实现方法进行分析,并详细阐述该系统的结构监测内容及测点布置。通过分析济南东客站站房结构关键构件的应变、应力、风荷载等相关数据,得到以下结论：济南东客站站房结构健康监测系统运行平稳,数据传输稳定;站房结构风速、振动加速度、拉索索力等均在合理阈值范围内,结构处于安全状态。实现了对结构状态的实时掌握,有助于保障济南东客站的安全运维,为以后站房结构健康监测系统的设计研发提供借鉴。     

某铁路客站站房及雨棚风洞试验研究及分析

随着铁路工程的发展,出现了越来越多的大跨度铁路客站站房及雨棚。由于站房及雨棚结构的复杂性、唯一性及自身大跨度等显著特点,其风荷载值并不能从现行的《建筑结构荷载规范》中获取,而准确合理的风荷载取值对确保结构安全和控制工程造价又十分重要,所以有必要对其进行风洞试验。以某铁路客站站房及雨棚为工程背景,试验选取刚性模型作为研究对象,测定表面风压系数,并通过有限元软件分析风致动力响应,计算出节点位移和杆件内力的风振系数,最终得出站房和雨棚结构的等效风荷载值。结果表明等效风荷载值均顺风向递减,且在迎风侧的屋面边缘处值很大。     

西宁站站房大跨拱型桁架高空滑移技术研究

为了满足施工进度和吊装空间要求,西宁火车站屋面大跨拱型桁架采用高空滑移法安装。高空滑移法作为大跨度空间钢结构常用的施工技术具有施工作业面小、吊装就位准确性高、结构成型质量高等综合技术优势。但屋盖结构在整体滑移过程中结构的边界条件、荷载状态、内力分布均时刻发生着变化,且影响因素相互关联,因此需要对屋盖结构高空滑移的全过程进行计算分析。设计中利用有限元软件建立结构整体有限元模型,对西宁站站房屋面大跨度钢桁架在累积滑移施工过程进行全过程模拟分析,对屋面桁架和滑移过程中的支撑胎架的受力和变形进行全程监控和验算。     

天兴洲公铁两用长江大桥的失效树分析

为研究天兴洲公铁两用长江大桥设计方案的可靠性,运用Ansys软件建立大桥的有限元模型,在成桥状态基础上,分析、计算和比较活载的荷载工况,依照铁路桥梁钢结构设计规范计算各工况下杆件的应力,从而得到最危险的荷载工况;以最小荷载增量准则为失效分析理论,利用Ansys的APDL参数化设计语言进行后处理,生成大桥前五级失效历程的失效树。分析结果表明:该大桥设计方案可靠性较高;某些关键杆件对桥梁的可靠性尤其重要,加强这些杆件能高效提高设计方案的可靠性;Ansys软件的APDL参数化设计语言对复杂结构的建模和数据处理尤为方便。     

珠三角城际列车对站房结构的振动影响研究

以珠三角城际列车某站房为例,研究列车高速通过站房所引起的建筑结构动力响应。通过车辆-桥梁耦合系统以及桥梁-站房系统的求解,确定车辆-桥梁-站房结构系统动力学计算的求解策略与方法,解决了在高速列车穿越引起的振动下建筑结构的安全(稳定、强度、疲劳等)、经济及使用性能的问题。研究结论为:列车在正线通过及到发线进站时,站房变形以轨道梁自身的跨中弯曲变形最为明显,量值为1.5~3.25 mm;站厅层变形很小,可忽略;列车到发线进站时,横向框架梁跨中有0.5~1.5 mm的竖向变形;列车在正线过站以及到发线进站时,除轨道梁外,该站房其余结构竖向振动波均小于75 dB;站房主要构件可不考虑因列车荷载引发的疲劳问题。     

128m大跨度铁路应急钢桁梁极限荷载

利用ANSYS软件建立128 m跨铁路应急钢桁梁的非线性有限元模型,研究不同杆件损伤位置、不同损伤长度和不同损伤形式等不同损伤状态下钢桁梁的极限荷载。结果表明:非损伤状态下,钢桁梁因构件屈服发生大变形而失稳破坏,极限荷载系数为2.231,能够保证安全运营;损伤位置对结构极限荷载影响明显,损伤位置越靠近跨中,影响越大;跨中为杆件损伤最不利位置,损伤程度较大时,结构将因杆件局部应力过大而发生强度破坏;随着损伤长度增加,极限荷载呈现先迅速下降、后小幅上升并逐渐趋于稳定的变化趋势,损伤程度越大,损伤长度对极限荷载的影响越明显;损伤形式对极限荷载影响差异较大,杆件的截面损伤和材料屈服强度退化对极限荷载影响显著,而杆件的材料刚度退化的影响可基本忽略。     

铁路建桥合一站房结构概念设计问题探讨

城市人口激增带来了铁路交通巨大客流,建桥合一站房作为新兴的铁路旅客站房形式应运而生。其中一种类型的建桥合一站房将铁路桥梁承轨层融入房屋结构中,引起了房屋结构设计上的诸多须关注的问题。本文结合红岛站、济南东站、雄安站、昆明南站等工程实例,对该类站房结构设计进行总结分析,阐述了该类结构选型、单元划分、荷载取值、抗震设计等方面的概念设计思路和方法,从而实现小震不坏、中震可修、大震不倒的抗震设计目标,保证站房的结构安全。     

双层吊车钢结构厂房柱子系统研究

从柱截面形式、柱构造分析等方面对双层吊车钢结构厂房柱子系统进行全面研究。此类钢结构厂房适合采用格构柱、实腹钢梁和钢桁架屋盖排架结构。重点利用ansys有限元进行肩梁节点分析,柱肩梁采用适当的加劲肋可以较好传递大吨位吊车荷载,有效实现强节点、弱杆件设计原则。     

结构风振极值分析中的峰值因子取值探讨

从随机极值理论和工程实际应用2个方面入手,对峰值因子的取值问题进行探讨。首先,介绍了与峰值因子相关的计算理论;然后,对我国荷载规范和国外荷载规范的相关规定进行比较;最后,结合一大跨屋盖结构算例,探讨在屋盖结构风振分析中的峰值因子确定问题。该算例的分析结果表明:当采用我国荷载规范规定的峰值因子取值来计算屋盖结构的风振响应时,其结果可能是偏于不安全的。建议该类结构的峰值因子取值为4.0~5.0。     

基于神经网络的网壳结构强震失效模式分类判别

为了高效准确地对网壳在强震下的失效模式进行分类和判别,以抛物线型单层柱面6网壳为研究对象,在Taft和El-Centro三向地震波作用下,运用ANSYS软件对其进行动力全过程分析,全面考察网壳结构的荷载-最大节点位移全过程曲线、塑性发展情况、破坏时的变形情况等,并归纳总结最大节点位移、截面12.5%以上进入塑性杆件比例、截面100%进入塑性杆件比例、平均塑性积分点值4个特征指标。在Matlab软件环境下运用有导师神经网络和无导师神经网络对81个算例进行分类判别。运用的有导师和无导师神经网络分别是BP神经网络和自组织竞争神经网络。研究结果表明:2种神经网络都有准确的分类判别和预测结果,自组织竞争神经网络有直观的结果输出,BP神经网络则可以很好地看出数据中稍微偏离常规情况的数据。     

空间薄壁结构应力测试与分析

研究目的:以焦柳线4 m×128 m连续钢桁梁桥荷载试验为依托,论述空间薄壁结构应力测试的理论和方法,在理论计算和试验数据的基础上,分析主桁杆件的受力性能、传力特点、应力状态以及次应力影响。研究结论:通过分析表明:钢桁梁桥的主桁杆件主要承受轴向力作用,受力性质与设计理论一致;桥梁的空间传力作用与杆件间的连接刚度、杆件的位置以及荷载的作用点有关,按杠杆原理简化计算2片主桁间的荷载分配是偏于安全的;按空间梁单元模型计算的下弦杆应力比平面模型计算应力小9.9%~16.4%,"桥检规"中按平面杆系模型计算统计的结构校验系数通常值仅具有参考意义;主力组合下各测试杆件的实际应力小于设计允许应力,并有一定的强度储备;杆件的次应力与节点板和杆件本身的刚度成正比。