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张弦金属薄板空间结构模型试验研究

建筑结构 2024年

作者：秦杰冯得海曹伟吴金志张毅刚钱英欣北京市建筑工程研究院有限责任公司河北省土木工程灾变控制与灾害应急重点实验室北京工业大学城市建设学部华北科技学院建筑工程学院

基于大跨空间结构“围护+结构”合二为一的设计理念，提出“张拉金属薄板空间结构”体系。金属薄板具有强度高、面内刚度大的特点，但其面外刚度较弱，对于大跨空间结构，在面外荷载作用下金属薄板变形控制难度大。因此，通过对金属薄... 详细信息

基于大跨空间结构“围护+结构”合二为一的设计理念，提出“张拉金属薄板空间结构”体系。金属薄板具有强度高、面内刚度大的特点，但其面外刚度较弱，对于大跨空间结构，在面外荷载作用下金属薄板变形控制难度大。因此，通过对金属薄板施加面内预应力提高其面外刚度，同时将索结构与预应力金属薄板结构相结合，构成新的“张拉金属薄板空间结构”体系，实现围护与结构在大跨空间结构设计上的统一。进行了平面尺寸为6m×4.5m的张弦金属薄板空间结构的模型试验，研究了该结构金属薄板间的连接、预应力施加、结构成形过程、静力加载特性等，并将试验结果与数值模拟结果进行了对比，最后对采用新结构体系的工程实例进行了数值分析。结果表明，张弦金属薄板空间结构体系在成形后具有良好的力学性能，能够充分发挥围护与结构相统一的优点，在各类大跨度料场封闭工程中具有广泛的应用前景。

关键词：张弦金属薄板空间结构模型试验施工成形静力分析

大跨空间弦支轮辐式桁架结构抗震性能及强震倒塌分析

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钢结构(中英文) 2024年

作者：吴金志李洋柳明亮孙国军侯宜均周春娟北京工业大学城市建设学部陕西省建筑科学研究院有限公司长安大学建筑工程学院

为了对大跨空间结构进行强震倒塌分析，以西安某大学的体育馆为研究对象，利用SAP2000软件建模并对其抗震性能进行深入分析。首先对结构进行了自振特性分析，了解了结构的低阶振型及自振周期。随后，通过振型分解反应谱分析，考察了该... 详细信息

为了对大跨空间结构进行强震倒塌分析，以西安某大学的体育馆为研究对象，利用SAP2000软件建模并对其抗震性能进行深入分析。首先对结构进行了自振特性分析，了解了结构的低阶振型及自振周期。随后，通过振型分解反应谱分析，考察了该结构的抗震性能。在此基础上，重点对结构进行了弹塑性时程分析，并深入探讨了在不同峰值地震波作用下结构的塑性发展过程，根据结构的最大变形，结合塑性铰的数量及状态来判定结构是否满足指定地震荷载下的结构期望的能力目标，总结了结构的响应规律，给出了结构是否倒塌的判定方法。研究表明：该结构在8度多遇及罕遇地震作用下，均具有良好的抗震性能。在三向输入的RSN55＿SFERN地震波作用下，结构在地震波峰值为1000gal时仍未倒塌;在单向大震人工拟合地震波作用下，当Y向输入地震波峰值为1400gal时，在7.3s超过半数格构柱完全失效，结构的整体最大位移为2.2m，判定结构倒塌。在三向大震人工拟合地震波作用下，当地震波的峰值为600gal时，在20.8s主馆格构柱几乎全部失效，近半数副馆柱失效，主馆整体变形超过2.72m，综合出铰情况和变形情况，判定此时结构倒塌。结构塑性铰分布发生在格构柱及中央主桁架弦杆上，在探究大跨结构抗震、抗倒塌性能时必须考察多向地震波作用，同时对确定关键杆件以及对结构构件进一步加固提供了参考。

关键词：张弦结构轮辐式桁架抗震性能弹塑性时程分析强震倒塌分析

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无肋H型弯扭铝合金构件轴压力学性能研究

钢结构（中英文） 2024年第9期39卷 34-42页

作者：孙国军秦太晏吴金志罗强孙伟东北京工业大学北京100124 北京建工集团有限责任公司北京100015

为了研究无肋H型弯扭铝合金构件的轴压力学性能,对1根H型弯扭铝合金构件进行了轴压试验。该构件通过H型截面绕一段圆弧线扫掠扭转得到,截面为H350×200×10×12,弯曲圆弧半径为2850 mm,两端截面中心跨度为2936 mm,两端截面相对扭转角度... 详细信息

为了研究无肋H型弯扭铝合金构件的轴压力学性能,对1根H型弯扭铝合金构件进行了轴压试验。该构件通过H型截面绕一段圆弧线扫掠扭转得到,截面为H350×200×10×12,弯曲圆弧半径为2850 mm,两端截面中心跨度为2936 mm,两端截面相对扭转角度为26°,材料为6061-T6铝合金型材,边界条件为两端铰接。首先为了获得无肋H型弯扭铝合金构件精确几何模型,对构件整体进行三维扫描,得到了构件外表面云点数据,将云点数据与理想几何模型进行对比发现:整体几何偏差大部分控制在3 mm以内,但构件上翼缘厚度和宽度均不同程度小于理想几何模型;然后通过轴压试验得到了轴压构件的荷载-位移曲线、荷载-应变曲线及破坏模式,该H型弯扭铝合金构件极限承载力为313 kN,在构件的下翼缘和靠近下翼缘的腹板处出现严重波曲变形;最后根据三维扫描数据逆处理得到构件精确几何模型,在此基础上通过ABAQUS建立了有限元模型,通过数值分析得到了构件的应力发展变化规律及失效机理,铝合金构件的破坏模式、荷载-位移曲线和荷载-应变曲线均与试验吻合较好,验证了有限元模拟的可靠性,在达到极限承载力之前构件下翼缘和腹板大面积受压屈服进入塑性,构件整体发生弯扭屈曲失稳破坏。

关键词：无肋H型弯扭铝合金构件轴压性能破坏模式极限承载力

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新型落地索拱结构及其力学性能分析

建筑结构学报 2011年第8期32卷 51-58页

作者：杨大彬张毅刚吴金志北京工业大学城市与工程安全减灾省部共建教育部重点实验室北京100124

提出了一种新型落地索拱结构,相比于其他类型索拱结构,该结构可以保持较高的室内净空,建筑使用功能和建筑效果较好。建立了跨度60 m,矢跨比分别为0.2、0.3和0.4的纯拱和索拱结构的力学模型,对比了不同矢跨比下纯拱和索拱模型的承载力、... 详细信息

提出了一种新型落地索拱结构,相比于其他类型索拱结构,该结构可以保持较高的室内净空,建筑使用功能和建筑效果较好。建立了跨度60 m,矢跨比分别为0.2、0.3和0.4的纯拱和索拱结构的力学模型,对比了不同矢跨比下纯拱和索拱模型的承载力、刚度、动力特性和稳定性等力学性能指标及用钢量。结果表明:该新型索拱结构可以有效降低拱结构的内力峰值,提高其刚度和稳定性,减小水平支座反力,结构体系合理、力学性能优越;经优化后的同等跨度新型索拱结构较纯拱结构的省钢率可达30%～40%;该索拱结构的位移控制组合均为包含半跨活荷载和风荷载的组合,非线性静力稳定的控制组合为包含半跨荷载的组合或者全跨荷载组合;其最优矢跨比约为0.2～0.3。

关键词：预应力钢结构索拱有限元分析力学性能

空间网格结构节点螺栓松动损伤定位有限元分析

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建筑结构学报 2013年第7期34卷 125-132页

作者：刘才玮张毅刚吴金志北京工业大学城市与工程安全减灾省部共建教育部重点实验室北京100124

以单层柱面网壳试验模型为背景进行损伤定位研究,采用ANSYS软件对其螺栓松动损伤进行了有限元分析,利用神经网络的模式分类功能进行了螺栓松动的分步损伤定位,即首先以整体结构为研究对象,采用面向子结构的损伤定位,确定结构是否存在损... 详细信息

以单层柱面网壳试验模型为背景进行损伤定位研究,采用ANSYS软件对其螺栓松动损伤进行了有限元分析,利用神经网络的模式分类功能进行了螺栓松动的分步损伤定位,即首先以整体结构为研究对象,采用面向子结构的损伤定位,确定结构是否存在损伤及损伤的大致位置;然后采用面向节点的损伤定位法,确定子结构中螺栓松动损伤的节点位置。研究结果表明:损伤识别的成功率与杆件灵敏度密切相关,为了保证识别结果准确性,其灵敏度达到2%以上才能正确识别,当杆件的灵敏度过低时将无法通过动力测试识别;采用分步损伤定位方法可以显著减少损伤精确定位时训练样本的数量,适合于不完备的模态数据,利用低阶模态数据即可准确识别损伤的子结构与节点位置。

关键词：空间网格结构螺栓松动人工神经网络面向子结构损伤定位

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新型钢绞线拉索几何抗弯刚度试验研究

建筑材料学报 2020年第4期23卷 927-933页

作者：孙国军袁军吴金志北京工业大学建筑工程学院北京100022 北京工业大学城市与工程安全减灾省部共建教育部重点实验室北京100124

采用频率法对36根高钒索和不锈钢索进行了几何抗弯刚度试验,测得在3种预应力工况下3种直径高钒索和不锈钢索的各阶自振固有频率,然后提出基于Bernoulli-Euler理论的几何抗弯刚度迭代求解方法,识别计算出2种拉索的几何抗弯刚度.结果表明... 详细信息

采用频率法对36根高钒索和不锈钢索进行了几何抗弯刚度试验,测得在3种预应力工况下3种直径高钒索和不锈钢索的各阶自振固有频率,然后提出基于Bernoulli-Euler理论的几何抗弯刚度迭代求解方法,识别计算出2种拉索的几何抗弯刚度.结果表明:随着拉索直径的增大,拉索几何抗弯刚度与全截面抗弯刚度的比值α逐渐降低,并拟合得到了α与拉索直径的函数关系.

关键词：高钒索不锈钢索几何抗弯刚度频率法

基于性能的空间结构抗震设计研究现状与关键问题

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建筑结构学报 2010年第6期31卷 145-152页

作者：张毅刚杨大彬吴金志北京工业大学城市与工程安全减灾省部共建教育部重点实验室北京100124

基于性能的抗震设计是结构抗震设计的发展趋势。以基于性能的结构抗震设计研究内容和发展趋势为背景,从地震危险性分析、结构反应性能参数确定、结构抗震性能水平划分及性能目标确定、基于性能的抗震设计方法等四个方面对国内外基于性... 详细信息

基于性能的抗震设计是结构抗震设计的发展趋势。以基于性能的结构抗震设计研究内容和发展趋势为背景,从地震危险性分析、结构反应性能参数确定、结构抗震性能水平划分及性能目标确定、基于性能的抗震设计方法等四个方面对国内外基于性能的空间结构抗震设计研究现状进行了总结。依据有效性和充分性原则研究确定适合于不同类型空间结构的标量式、向量式或其它形式的地震动参数,提出了空间结构反应性能参数确定中的关键问题。空间结构抗震性能水平划分研究中需要综合考虑结构及非结构构件因素,通过数值仿真和试验相结合的研究手段确定能够合理划分其性能水平的自定义综合式标量指标、向量式指标或者两者结合的指标,空间结构性能目标确定及抗震设计方法研究应基于可靠度理论及"投资-效益"准则。

关键词：大跨度空间结构基于性能抗震设计

基于动力测试的单层柱面网壳损伤定位与试验研究

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土木工程学报 2014年第6期47卷 9-17页

作者：刘才玮张毅刚吴金志北京工业大学空间结构研究中心北京100124 北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室北京100124

针对空间网格结构中杆件数量众多,但杆件按照一定的规律相互组合的特点,提出以面向子结构的损伤初步定位为基础的损伤识别三步法。设计一个157个节点、414根杆件的单层柱面网壳试验模型,对其在完好状态及不同杆件去掉时的5种损伤工况下... 详细信息

针对空间网格结构中杆件数量众多,但杆件按照一定的规律相互组合的特点,提出以面向子结构的损伤初步定位为基础的损伤识别三步法。设计一个157个节点、414根杆件的单层柱面网壳试验模型,对其在完好状态及不同杆件去掉时的5种损伤工况下的振动特性进行实测。然后对试验模型结构进行精细化建模,在其基础上利用部分测点的实测前3阶模态信息构造神经网络输入参数,采用提出的方法对模型的各种损伤工况进行识别。结果表明,基于实测低阶的不完备模态,采用三步法可以精简神经网络的结构,并取得良好的识别效果,验证了所提方法的可行性。

关键词：单层柱面网壳面向子结构损伤定位人工神经网络试验

替换阻尼杆件的双层柱面网壳被动控制振动台试验研究

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地震工程与工程振动 2003年第4期23卷 178-182页

作者：梁海彤吴金志张毅刚北京工业大学空间结构研究中心北京100022

本文在拟动力装置上对自行设计的孔隙式粘滞阻尼杆件进行了性能测试,并用其替换双层柱面网壳的部分下弦杆进行了被动减震控制的振动台试验,输入了多种能级的不同地震动,针对替换不同位置和数量的阻尼杆件进行了多种工况下的试验研究。... 详细信息

本文在拟动力装置上对自行设计的孔隙式粘滞阻尼杆件进行了性能测试,并用其替换双层柱面网壳的部分下弦杆进行了被动减震控制的振动台试验,输入了多种能级的不同地震动,针对替换不同位置和数量的阻尼杆件进行了多种工况下的试验研究。试验结果表明减震效果明显,与理论分析结果吻合较好。

关键词：柱面网壳粘滞阻尼杆件被动控制振动台减震系数性能测试地震