基于有限质点法的双层柱面网壳强风作用下倒塌破坏研究

采用有限质点法研究空间柱面网壳在强风作用下的倒塌破坏性能.推导了有限质点法基本方程和三维空间单元的内力计算公式,给出了利用该方法分析结构几何非线性、材料非线性的具体过程,建立了断裂模型和断裂准则.在破坏过程模拟中,考虑风速风压模拟的空间三维相关性,运用线性滤波器法中的自回归(AR)模型编写程序模拟脉动风速与风压,实现了强风作用下双层柱面网壳的倒塌全过程分析.基于结构倒塌模拟结果,建立衡量结构倒塌破坏的控制指标,对双层柱面网壳的结构参数进行优化,提高了双层柱面网壳的抗倒塌性能.     

大跨预应力钢网壳结构连续倒塌分析

对大跨预应力双层组合扭网壳进行静力特征值屈曲分析,找到响应大的区域,对这些区域以及受力较大的杆件运用变换路径法找到结构的敏感性杆件。拆除其中的高敏感性杆件,通过考虑初始条件的等效荷载卸载法,运用动力时程分析研究其倒塌性能,发现拆除高敏感性杆件对于结构的影响不大,不会引起结构的连续性倒塌,只会对结构局部造成轻微的损坏,所以结构的整体性较好。     

考虑损伤累积的双层柱面网壳弹塑性动力稳定分析

针对动力荷载作用下双层柱面网壳结构考虑损伤累积效应的动力稳定问题,应用有限元方法进行了研究。建立了钢材考虑损伤累积的本构关系模型,并通过对动力时程计算时不同子步弹性模量和屈服强度的不断修正,获得了考虑损伤累积的双层柱面网壳的动力响应,进而对结构进行了动力稳定分析。     

双层柱面组合网壳的滞回特性模拟

针对单层网壳跨度小和双层网壳耗钢量大的缺点,应用大型通用有限元软件ANSYS对双层柱面组合网壳进行了滞回特性分析。介绍了双层柱面组合网壳具有跨度大和低耗钢量等。它充分利用了混凝土的高抗压强度和低廉的造价,采用钢筋混凝土上弦板来代替一般网壳的上弦杆,从而形成了一种钢结构与钢筋混凝体结构协同工作的组合结构,即双层柱面组合网壳。组合网壳是一种受力合理的空间结构,也是一种板系、梁系与杆系协同工作的结构体系。国内外对双层柱面组合网壳结构在地震和低周期反复荷载作用下滞回特性的研究很少,着重对地震和低周期反复荷载作用下的双层柱面组合网壳结构进行研究分析,得出双层柱面组合网壳结构的频谱相当密集;其具有良好的抗震性能,其滞回曲线比较饱满,未发生捏缩现象。双层柱面组合网壳是一种很有发展潜力的结构形式。     

铝合金双层网壳结构的抗震性能分析

以双层球面网壳为研究对象,分析了结构随参数变化的自振特性.采用Newmark积分法对其进行地震时程响应分析,研究了铝合金与钢双层网壳结构在竖向地震荷载作用下节点的位移响应及杆件的轴力响应.研究结果表明,铝合金双层网壳与钢双层网壳在结构相同情况下,其自振特性基本相同.而地震荷载引起的位移响应,铝合金双层网壳要略大于钢双层网壳,但铝合金双层网壳的杆件轴向应力远小于钢双层网壳的杆件轴向应力,因此用铝合金取代钢材是可行的.     

单双层球面网壳结构非平稳随机地震响应研究

在随机振动虚拟激励法的理论基础上,采用改进的C-P随机模型和有限元程序AN SY S 8.0,对一致地震动输入下周边双层中部单层球面网壳结构的非平稳动力响应进行分析.分析结果表明:单双层网壳结构形式在地震作用下受力是合理的,结构的水平(X)和竖向(Z)动位移都比较大,工程设计时应该考虑耦合效应;增加网壳结构的矢高,单双层网壳结构的面内刚度增大,面外刚度减小;增大网壳结构的单双层跨度比对结构的面外刚度影响不大,但是却使结构的面内刚度明显减小;单双层网壳连接区域刚度的突变对结构地震响应的影响发生在与连接区域相邻或者相近的节点和杆件上,而且这种影响随着单双层跨度比的增大而趋于平缓.     

钢空腹夹层预应力组合扭网壳静力性能分析

扭网壳由一条直线两端沿着其对应两条倾斜角不同的直线移动形成。为研究钢空腹夹层预应力组合扭网壳结构的静力性能,基于有限元分析软件建立实际模型和等代模型,分析网格尺寸、空腹夹层板高度对实际模型内力分布的影响,得到在网格尺寸一定时,空腹夹层板高度改变对上、下肋轴力和剪力键轴力、弯矩影响较大;空腹夹层板高度一定时,随着网格尺寸的增加,构件内力均有所增大。在此基础上又对比分析了预应力对两种模型竖向挠度的影响,结果表明施加预应力可以减小结构的竖向挠度,提高扭网壳结构的刚度。     

采用贫混凝土基层的水泥混凝土路面厚度优化

采用贫混凝土基层的水泥混凝土路面是解决重载交通的一种理想路面形式。贫混凝土基层与水泥混凝土面层的不同厚度组合会对路面荷载应力产生较大的影响,考虑实际路面的各种要求,提出了厚度优化的数学模型。利用三维有限元模型,根据在不同结构形式下的合理目标函数,分析了最佳的厚度组合比。     

贫混凝土基层沥青路面荷载应力有限元分析

为了研究贫混凝土沥青路面受力在不同路面结构和材料参数下的状况,通过三维有限元数值分析方法,分析了面层厚度、面层模量、应力吸收层厚度、应力吸收层模量和裂缝宽度对贫混凝土基层沥青面层层底应力的影响.路面结构计算与分析表明在贫混凝土基层-沥青面层复合式路面结构中,适当增加沥青面层厚度对防治反射裂缝十分有效,而通过提高沥青面层强度的方法来减少反射裂缝效果不明显;一定厚度和模量的应力吸收层能有效降低沥青面层底面应力水平;贫混凝土基层裂缝宽度对沥青面层底面受力具有较大的影响.     

网壳结构在地震作用下的动力稳定研究

以非线性有限元为工具,建立了网壳结构的非线性动力响应分析的有效方法．将网壳结构动力稳定判定准则引入到结构强度计算中,从而使结构的强度问题和稳定问题统一在一起．重点研究了单层球面网壳的非线性动力响应行为,对网壳结构在地震作用下的动力失稳状态以及倒塌现象作了理论上的研究,为“结构倒塌”作出了合理的定义,并进而探讨了网壳结构失稳机理。     

铝合金双层球面网壳结构的抗震性能分析

以双层球面网壳为研究对象,分析了其结构随参数变化的自振特性,采用Newmark积分法对其进行地震时程响应分析,在此基础上分别研究了铝合金双层网壳与钢双层网壳结构在竖向地震荷载作用下结点随参数变化的位移响应及其杆件轴向应力响应.研究结果表明,铝合金网壳与钢网壳在结构相同的情况下,其自振特性基本相同,对地震荷载引起的位移响应,铝合金网壳要略大于钢网壳,而铝合金网壳杆件轴向应力远远小于钢网壳,因此用铝合金取代钢材具有可行性.     

钢箱—混凝土组合梁受力性能有限元分析

钢箱—混凝土组合梁是一种新型钢—混凝土组合结构。为研究钢箱-混凝土组合梁的结构性能,分析其强度和刚度的主要影响因素,在ANSYS软件中利用板壳单元和实体单元建立了梁的三维空间有限元模型,考虑材料非线性和钢板局部屈曲的几何非线性,对钢箱-混凝土组合梁受力行为进行了有限元分析,分析结果与试验实测结果吻合良好,说明计算模型有效。利用计算模型对影响钢箱—混凝土组合梁强度和刚度的主要参数进行了分析,结果表明,钢板厚度变化对梁的强度和刚度的影响强弱依次为底板腹板顶板,提高混凝土强度可以明显提高梁的强度和刚度。     

基于组合楼板影响的空间钢框架连续倒塌分析

建筑结构在意外事件情况下的连续倒塌问题,已成为国内外土木工程学科的研究热点。钢与混凝土组合楼板作为目前钢结构常用的楼板形式,对结构的抗连续倒塌能力影响较大。采用拆除构件法对不带楼板、带钢筋混凝土楼板和带组合楼板的9层空间钢框架进行了连续倒塌仿真计算,分析比较了不同框架的自振周期、破坏模式、相邻构件内力变化与失效机制等,研究了组合楼板对结构抗连续倒塌能力的影响。研究表明,考虑组合楼板后空间钢框架结构的抗连续倒塌能力得到显著提高,且提高程度大于钢筋混凝土楼板。     

考虑层间状态的横观各向同性沥青路面力学分析

沥青路面层间粘结状况的好坏对路面结构的力学响应具有较大影响。利用有限元软件ANSYS,将沥青混合料考虑为横观各向同性材料,计算了沥青路面在不同温度场与车辆荷载等作用下的关键力学指标响应,分析了层间接触状态和面层沥青混合料水平与竖向模量比对路面结构的力学响应影响规律。研究结果表明,利用接触模型计算出的关键力学指标比连续模型要大,尤其接触条件不好时更为显著。接触状况对沥青层层底拉应力、拉应变的影响比较明显,而路表弯沉、面层内最大剪应力对层间接触状态的变化则不太敏感,面层模量比越小,面层结构层强度就越低,在接触状态不好时容易导致面层承载能力不足。研究成果为科学的解释沥青路面在不同环境温度与车辆荷载综合作用下的破损特征与行为机理提供了理论依据,对进行沥青路面寿命预估和路面性能评价提供了帮助。     

基于ABAQUS软件薄型沥青路面力学响应分析

为了掌握薄型沥青混凝土道路在车载作用下受力特点,道路结构层参数变化对沥青混凝土路面的力学响应,采用有限元软件ABAQUS建立薄型沥青混凝土路面的结构模型,通过有限元软件分析各结构参数的变化对沥青层底拉应力、路表弯沉、面层剪应力敏感性,并且对各个因素的敏感性进行评价。结果表明,面层模量和面层厚度的增加可减小路表弯沉,从面层模量和面层厚度的改变对路面指标的改变幅度来看,基层模量改变对层底最大拉应力的影响显著,面层模量的改变对面层位置不同处最大剪应力峰值的影响也比较明显。因此在薄型沥青混凝土路面技术应用中,应该加强控制基层材料性能指标。     

双层钢板组合剪力墙抗震性能试验研究

以盐城广播电视塔实际工程中剪力墙的构造形式为基础,通过九个缩尺试件,研究不同构造形式的双层钢板内填混凝土组合剪力墙在常轴力和反复水平荷载作用下的刚度变化特征、破坏机理与破坏模式、抗震性能和极限承载能力.分析了墙板的高宽比、轴压比、钢板厚度、混凝土强度等级等对双层钢板内填混凝土组合剪力墙受力性能的影响.结果表明:双层钢板内填混凝土组合剪力墙能够充分发挥钢板与混凝土材料各自的优点,是一种良好的抗侧力构件.     

考虑上下协同工作大跨度储煤结构的抗震性能

为了研究多维地震作用下大跨度储煤结构的振动特性,通过对考虑上下部协同工作的双层网壳结构进行了多维地震响应分析,对比分析双层网壳结构在单维地震与多维地震动作用下的动力响应的差别,分析结果表明:采用一致地震激励的方法进行大跨度网壳结构的动力分析是不够完善的,在进行前期工程设计时,大跨度空间结构其上下协同工作的特性不容忽视,在多维一致地震作用下,整体结构的各杆件内力响应整体大于网壳结构,下部支承结构附近的节点位移和杆件内力变化较大;多点地震激励下的整体结构的杆件内力响应整体小于一致激励,当视波速取值较大时,杆件内力与一致激励较接近.可为今后类似大跨度空间结构工程参考和借鉴.     

基于增量动力分析方法的单层球壳结构强震损伤分析

为研究地震作用下空间网格结构的倒塌过程及其破坏行为,进而揭示结构的倒塌机理,基于增量动力分析方法(dynamic analysis method, IDA),以单层球面网壳结构为研究对象,考虑材料损伤累积效应,模拟网壳结构在地震作用下的倒塌过程,并分析不同杆件截面尺寸、矢跨比、初始几何缺陷、支座约束数量等参数对结构抗倒塌能力的影响。结果表明:强震作用下,考虑损伤后网壳结构的动力极限承载力比未考虑损伤时其极限承载力下降了20%左右,塑性单元比例上升10%左右;其他参数一定时,加强杆件截面以及矢跨比的减小,均能提高网壳的动力极限承载力,网壳对初始几何缺陷十分敏感,缺陷为跨度的1/100时其极限承载力比完整结构降低30%左右,支座约束减半后,损伤累积效应使结构的地震承载力降低10%左右。因此在结构设计之初,应考虑材料损伤累积效应的影响。     

矢跨比对雪荷载作用下双层柱面网壳静力性能的影响

以方形平面、正放四角锥双层柱面网壳为例,系统考察了不同矢跨比网壳模型的杆件轴力、节点竖向位移、支座侧向反力、支座侧向位移等静力响应,并在此基础上总结出矢跨比对各静力响应的影响规律.分析结果表明,矢跨比较小时,积雪均匀分布情况下雪荷载取值更大,屋面结构的竖向位移较大;矢跨比较大时,积雪不均匀分布情况下雪荷载取值更大,支座水平推力和侧移较大;同时,为双层柱面网壳的选型与设计提供了参考依据.     

单双层球面网壳结构的静力特性及其稳定性能分析

结合一工程实例，将单层球面网壳结构与双层抽空四角锥球面壳结构结合起来，设计了一种新型的空间结构型式，即单双层抽空四角锥球面壳结构，简要介绍了该网壳的设计过程，并采用全铰接模型分析了单双层网壳结构的承载力，应用Lanczos法求解了网壳结构的特征值及特征向量，并运用柱面弧长法跟踪了结构的非线性平衡路径，同时考虑了初始几何缺陷的影响，对比分析了两种不同支座条件的线性及非线性屈曲特征，并得出一些结论，供工程界参考。