拉索预应力球面巨型网格结构静力性能优化分析

针对拉索预应力球面巨型网格结构的静力优化问题,提出对拉索预应力、立体桁架梁高度、杆件截面的三级优化法,对各变量分别采用不同的目标和方法进行逐级优化.对杆件截面优化以结构自重为目标函数并采用满应力法;立体桁架梁高度通过结构内力峰值和挠度比两项指标予以确定;优化拉索预应力时,采用结构杆件内力的平方和最小为目标函数建立数学模型,并运用影响矩阵线性优化法和复形法求解.文中对一个180 m跨度的结构,提出了5种不同的布索方案,并基于以上理论,进行了优化分析.结果表明,实际工程采用沿周边布索方案为佳.同时优化分析结果也证明了本文采用的优化分析方法和编制的程序是高效可行的.     

空间桁架结构电算方法研究

本文对空间桁架结构进行力学分析,在公共坐标系下以杆件单元的结点坐标为基础,建立空间桁架结构的单元刚度矩阵,在此基础上,给出空间桁架结构电算方法程序实现的计算示例.     

圆柱面巨型网格结构地震响应时程分析

首先推导了大跨空间结构几何非线性地震响应时程分析的计算过程,编制了相应的计算程序,然后重点对圆柱面交叉立体桁架系巨型网格结构进行几何非线性地震响应时程分析．针对主体结构单独承载及子结构参与协同承载两种情况,分析了立体桁架拱内关键节点及关键杆件的地震响应时程曲线,了解了结构基本地震响应时程特性;进行了不同方向地震波作用时程对比分析,论证了该结构抗震验算需考虑三维地震作用;最后将振型分解反应谱法与时程法结果进行了对比分析,说明了对于该结构,反应谱法可用作初步的抗震分析,但最终必须用时程法进行验算．     

巨型钢框架结构动力分析的简化计算模型探讨

为了减小动力分析时结构的自由度数量,本文对常用的某结构形式的巨型钢框架结构体系,首先推导巨型构件的等效抗弯刚度和等效剪切刚度而得到其等效模型,并通过自振特性分析和地震作用时程分析,对等效模型和精确杆件模型的计算结果进行分析和比较.计算结果表明,等效模型具有较好的计算精度,可满足工程实际初步设计的要求.     

基于子结构的巨型网格结构分析

基于子结构为平板网架的圆柱面交叉立体桁架系巨型网格结构,该结构是由主体结构和子结构协同承载荷构成,主结构是倒三角型立体桁架相互交叉构成,子结构是正放平板四角锥网架构成.利用ANSYS中的APDL语言建立该结构计算模型,并对该结构静力特性进行了研究,包括结构在极限载荷作用下的内力峰值和最大挠度,以及主体结构的失跨比、杆件的截面尺寸、主体结构的高度等一系列参数分析,从而为该结构形式的设计和参数选择提供参考.     

三维类桁架材料结构弹塑性分析

由在空间周期性排布的三维类桁架材料组成的结构弹塑性分析可知,如果按空间桁架计算,由于构件数量巨大,需要的计算规模和计算时间惊人,甚至不可行.为此采用数值均匀化方法对三维类桁架材料构成的结构进行等效弹塑性分析,并和离散建模的空间桁架计算结果进行对比,计算结果表明等效分析可以大大节省计算时间,缩小计算规模,为类桁架材料复杂结构的计算和优化提供了一种可能.算例说明该方法不依赖于网格,可以应用于不同加载路径.最后给出了半圆柱形结构的等效分析,说明了方法的适用性.     

斜拉网架多阶段加载内力分析方法的研究

系统介绍了斜拉网架结构内力分析方法.把塔柱简化为空间刚架单元,把网架杆件简化为空间桁架单元,对斜拉索采用等效线性空间单元.假设塔柱与网架连接处的横截面为刚性平面,据此建立"变形协调转换矩阵",使塔柱总节点刚度矩阵与网架总节点刚度矩阵耦合在一起,建立斜拉网架结构刚度矩阵.对一个"四塔柱正交斜放四角锥斜拉网架"进行了计算分析,验证了文中方法的正确性和有效性.     

塑性破坏模式下桁架杆件重要性评价与优化

为使结构易损性分析更符合实际破坏情况,考虑了材料的塑性性能,提出了桁架结构杆件塑性重要性系数的计算方法,进而实现桁架的优化设计.首先假设杆件为弹塑性材质,以刚度损失定义杆件的塑性状态及破坏模式,采用附加荷载来考虑塑性阶段的结构承载力;其次建立桁架结构刚度矩阵与变形刚度矩阵之间的关系,寻求杆件位移与变形的内在联系,由此推导杆件塑性重要性系数;最后,通过预先假设桁架受力最不利情况和破坏模式,基于前述塑性重要性系数计算,实现桁架杆件的优化.通过一榀平面桁架算例说明了考虑材料塑性性能时得到的重要性系数值与仅考虑弹性性能有所区别,桁架失效模式更合理.同时桁架结构优化后,可以充分利用各杆件的抗力.     

错列式钢桁架结构受填充墙影响的抗震研究

错列式钢桁架结构比其他结构形式可节省约40%的用钢量,结构杆件的截面比较小,填充墙刚度对结构及杆件受力性能的影响较为重要.采用有限元分析软件ETABS,建立三维空间模型模拟结构的实际受力状态,通过对错列式钢桁架结构在地震力组合荷载作用下是否计取填充墙刚度的对比分析,给出了有关技术参数及钢结构设计的建议.对于错列式钢桁架结构,应据填充墙刚度、位置及与主结构的连接方式等建立空间三维模型进行计算,分析表明,填充墙在没有因偶遇地震荷载破坏之前,具有一定的刚度,它对于结构的自振周期及杆件内力的分布有较大影响.     

张弦巨型网格结构布索方案研究

针对由张弦梁概念和巨型网格结构组合而成的一种新型超大跨空间结构,提出了5种可能的索杆布置方案.研究了矢跨比对不同布索方案结构变形的影响,并对同一矢跨比下各布索方案结构的最大挠度、杆件内力峰值、支座水平反力、挠度和内力分布情况、稳定承载力及失稳模态等方面进行了综合分析,且与同样形式未布索结构作比较.结果表明,预应力体系的引入可以显著改善巨型网格结构的整体变形、杆件内力峰值和整体稳定承载力.在各方案中,拉索交叉的索杆对称布置于立体桁架拱跨中大部分范围(非满布)的布索方式能最有效地改善结构静力与稳定性能,为最佳方案.     

单层叉筒网壳静力与稳定性研究

为适应作为封闭巨型网格结构大网格的子结构的需要,采用考虑几何非线性的有限元方法,首先对不同矢跨比与起坡度条件下的脊线型叉筒网壳结构进行了稳定性分析,包括失稳模态、极限载荷、屈曲全过程及一系列参数分析;然后分析了不同起坡度条件下结构的静力性能．研究发现：叉筒网壳是一种柔韧性非常好的结构,不会发生跳跃式的脆性失稳;矢跨比为1／6时的稳定性最好,对底面起坡不敏感,是作为封闭巨型结构大网格的子结构的最优矢跨比．     

球面巨型网格结构的构成、支承方式与力学模型

提出了一种新的结构形式——球面巨型网壳结构。文中重点研究了肋环型和凯威特型球面巨型网格主体结构的具体构成形式、几何拓扑关系,总结了相应的形体控制参数;对子结构的形式及其与主体结构的连接进行了分析;描述了自动成形过程。使用Auto- CAD环境下的Visual C 二次开发工具编制了相应的自动成形程序;并对其主体结构支承方式与力学分析模型进行了探讨．本文工作为对该结构体系开展全面系统的力学性能研究提供了良好的前处理基础．     

偏八结点等横向位移有限元

根据抗震墙结构、梁等以弯曲变形为主的结构和构件的变形特点,假定横向位移相等,提出了一种新的单元－偏八结点等横向位移有限元,通过算例证明其对于以弯曲变形为主的结构和构件,具有所需单元少,总刚小、计算精度高等特点。本文提出的位移相等假定下的总刚集成方法,简单明了,具有通用性。     

巨型网格开合屋盖静力与稳定性能研究

依据开合方式的选择原则并结合巨型网格结构的特点,提出了水平开合方式的巨型网格开合屋盖,并对结构组成、布置及开合机构系统设置等进行详细研究;分别采用整体协同和单独分析法对开合屋盖轨道的变形规律进行分析,结果表明不同分析方法的轨道变形规律基本一致.另外对开合屋盖进行了详细的特征值屈曲分析和非线性屈曲分析,发现该结构的临界荷载是设计荷载的15倍以上,表明巨型网格开合屋盖的具有很好的稳定性能力.     

施威德勒型球面网壳结构非线性稳定分析

在有限元线性屈曲分析基础上,采用有限元非线性分析理论对施威德勒型球面网壳结构的整体稳定进行了全过程分析.应用弧长法求解非线性方程,得到了该球面空间网壳结构整体稳定的全过程荷载-位移曲线,为此类网壳的设计和分析提供了有价值的参考.     

预应力混凝土弧形杆的单元分析

建筑物中预应力混凝土曲梁的应用越来越广泛,为编制能设计含有预应力混凝土曲杆单元的建筑结构设计软件,需对预应力混凝土弧形杆进行单元分析。根据力学基本原理导出圆弧形曲杆的单元刚度矩阵和节点荷载列阵,并以等代直杆形式给出常用曲杆预应力等效节点荷载的计算方法。     

索系-空间杂交结构的动力特性和参数分析

研究由网壳、索系和塔柱构成的索系-空间杂交结构协同工作体系的动力特性，并进行参数分析．采用空间杆单元和空间梁单元分别构建网壳杆件和塔柱构件的力学模型；采用空间索单元并引入等效弹性模量对拉索进行力学建模．分析和比较网格形式、索系布局、结构支承、矢跨比、杆件截面及其尺寸等有关参数对结构动力性能的影响．结果表明，索系-空间杂交结构体系自振模态可分为塔柱在网壳结构切向的振动、塔柱在网壳径向的振动、整体结构协同振动和网壳结构自身振动等4个组群；结构各组群振动的自振频率相对集中，其出现顺序依赖于该类结构的具体构形及网壳、索系和塔柱的刚度．