单层倒悬链型柱面网壳的非线性稳定性研究

针对拱准线形式为悬链线的单层倒悬链型柱面网壳结构,首先对比分析了其常见的3种网格形式的稳定性能,确定了一种合理的网格布置形式,然后与单层圆柱面网壳的稳定性作了比较,最后进行了大规模的参数分析,较全面系统地研究了单层倒悬链型柱面网壳的静力稳定性,包括长宽比、矢宽比、杆件截面尺寸、初始几何缺陷和荷载不对称分布各参数对结构极限荷载的影响.研究表明:常见网格形式的单层倒悬链型柱面网壳,以斜杆I型的整体稳定性能最好,且相比单层圆柱面网壳,其刚度和极限承载力都得到了较大的提高;长宽比、矢宽比对单层倒悬链型柱面网壳极限承载力影响显著并具有良好的规律性,结构横向加劲肋间距应小于横向宽度;网壳极限承载力与截面等效刚度呈线性关系;初始几何缺陷对结构影响较显著,当缺陷达到波宽的1/300时,网壳极限荷载最大降低达57%;结构对不对称荷载作用不敏感.     

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。     

单层倒悬链型叉筒网壳静力与稳定性研究

针对以倒悬链线作为交叉柱面准线的单层倒悬链型叉筒网壳,对其常见网格形式结构的静力与稳定性进行比较,得到了结构最佳网格形式.在此基础上,将单层倒悬链型叉筒网壳与圆弧型叉筒网壳进行了静力性能与稳定承载力对比,研究了倒悬链型叉筒网壳的稳定性,包括屈曲模态及杆件截面尺寸、结构几何缺陷、荷载不对称分布与支座约束形式等对结构极限承载力的影响.结果表明,单层倒悬链型叉筒网壳三角形网格形式结构性能最佳;该结构相比圆弧型叉筒网壳具有明显的优越性;初始缺陷对结构稳定性影响较为显著,计算时应考虑1/300跨度的初始缺陷峰值;结构对不对称荷载作用较为敏感;矢跨比为0.50时,网壳的稳定性最好,为最优矢跨比.     

双曲线型钢结构冷却塔缺陷敏感性分析

参考国内现有规范,考虑几何非线性与材料非线性,利用ANSYS软件对一座高150m的双曲线型钢结构冷却塔进行多种缺陷及多缺陷值下的稳定计算,讨论了单层网壳、双层网壳及不同网格形式下结构的缺陷敏感性.结果表明,单层网壳结构对某些缺陷敏感性高,双层网壳结构中采用三角形网格时的稳定系数最高,四角锥网格的缺陷敏感性最低.     

凯威特单层球面网壳的几何缺陷相关性

凯威特单层球面网壳结构的稳定性对初始几何缺陷非常敏感,特别是节点位置安装误差造成的结构曲面形状偏差.由于单层网壳结构各节点之间由刚性杆件连接,因而不同节点的位置偏差具有相关性.理论分析和实测数据均表明,单层球面网壳结构中节点距离越远,节点位置偏差的相关性越弱.根据对节点位置偏差相关系数的计算推导和分析,建立以节点空间距离为自变量的相关系数函数,提出初始几何缺陷相关性的分式函数计算模型,并给出具有相关性的初始几何缺陷生成方法.建立凯威特单层球面网壳结构数值模型,根据提出的分式函数模型生成具有相关性的初始几何缺陷,将缺陷引入模型并进行整体稳定性分析,结果表明缺陷相关性会对结构整体稳定承载力产生明显影响.进一步对缺陷相关性进行参数分析,将不同相关程度和不同规模大小的缺陷引入模型中并计算结构整体稳定性,结果表明:初始几何缺陷较小时,相关性总是有利于结构稳定性;而缺陷较大时,结构稳定承载力会随相关性增强先减小后增大,中等程度相关性会对结构稳定性产生不利影响.因此,忽略缺陷相关性可能会使凯威特单层球面网壳结构稳定承载力的计算结果偏于危险,取相关系数为0.5进行分析,能有效考虑不利的相关缺陷.     

单层网壳结构稳定性分析的随机缺陷模态迭加法

根据几何非线性有限元理论,结合单层网壳结构的随机缺陷概率模型,提出了基于Timeshenko梁理论的网壳结构稳定性随机缺陷模态迭加法,推导建立空间Timeshenko梁单元的几何非线性切线刚度矩阵方程,在特征值屈曲分析基础上,建立结构缺陷模态参与系数的概率模型,采用Monte Carlo法对具有随机缺陷的结构进行稳定承载力分析,进而提出了单层网壳结构稳定性随机缺陷模态迭加法.算例分析表明,该法克服了已有传统方法随机变量过多的局限,可精确识别出结构失稳的最不利缺陷模式,获得最不利缺陷分布下的稳定承载力,并可对结构屈曲的全过程进行跟踪分析,具有良好的计算精度和计算效率.     

单层网壳结构非线性稳定的随机缺陷模态法研究

采用随机缺陷模态法对凯威特–联方型单层网壳进行非线性稳定分析,研究了随机缺陷空间样本数量、矢跨比等因素对网壳结构稳定极限荷载的影响,并将随机缺陷模态法计算结果与一致缺陷模态法计算结果进行了对比.结果表明:采用概率统计方法对该网壳进行稳定分析时,随机缺陷样本数量应不小于90;对于矢跨比较大的单层网壳结构,采用一致缺陷模态法计算稳定临界荷载的概率可靠度较低,需要采用随机缺陷模态法加以验证;当网壳结构的矢跨比小于1/6时,两种初始缺陷分布方法计算出的稳定承载力较为接近.     

不同类型单层球面网壳动力时程分析

利用ansys有限元软件,对60m跨的凯威特、施威德勒、联方单层球面网壳进行弹塑性动力失稳研究。结果表明:阻尼和初始几何缺陷对凯威特和联方网壳影响较大,对施威德勒影响较小;水平地震对结构的影响远大于竖向地震;3种类型网壳中,施威德勒网壳的抗震性能最佳。据此,提出在网壳选择与设计时应降低结构初始几何缺陷,增设阻尼减震隔震构件。     

拉杆式柱面温室网壳的稳定性能分析

双向网格型单层柱面网壳透光好,耗钢量低,适用于温室结构设计.为了进一步拓宽网壳跨度,通过布置拉杆的方式确保网壳具有足够的刚度,开发了大跨度拉杆式单层柱面温室网壳体系.本文以大规模参数分析作为研究手段,利用通用有限元程序ANSYS以及自编的前后处理程序,针对拉杆式柱面温室网壳开展800余例非线性全过程分析,通过结构极限承载力论证布杆方式的有效性,考察了屈曲模态、塑性发展分布等特征响应,总结长宽比、矢跨比、拉杆预应力、初始几何缺陷、荷载不对称分布等因素对温室网壳弹塑性稳定承载力的影响规律.为使温室网壳安全可靠度可以得到有效的保证,做到充分考虑初始几何缺陷对网壳结构稳定性能的影响,文中采用"3σ"原则对塑性折减系数进行重新核定,取值范围为0.60~0.88.     

CFRP-铝合金组合管Keiwitt网壳的弹塑性稳定性

采用有限元方法研究碳纤维增强复合材料(CFRP)-铝合金组合管构成的Keiwitt网壳结构的弹塑性稳定性能,并与纯铝合金网壳进行对比。先通过组合管轴心受压的试验结果校验了有限元模型;再对CFRP-铝合金组合管构成的网壳进行全过程分析,其中考虑几何和材料非线性,获得了极限承载力,并研究矢跨比、初始缺陷和非对称荷载分布等参数对网壳稳定性能和极限承载力的影响;最后比较了组合管网壳与纯铝合金网壳的经济性。结果表明,组合管网壳的材料费用虽较高,但其承载力高,对几何缺陷和非对称荷载敏感性小,适合于建造大跨结构。     

CFRP-铝合金组合管Keiwitt网壳弹塑性稳定性

采用有限元方法研究碳纤维增强复合材料(CFRP)-铝合金组合管构成的Keiwitt网壳结构的弹塑性稳定性能,并与纯铝合金网壳进行对比。先通过组合管轴心受压的试验结果校验了有限元模型;再对CFRP-铝合金组合管构成的网壳进行全过程分析,其中考虑几何和材料非线性,获得了极限承载力;并研究矢跨比、初始缺陷和非对称荷载分布等参数对网壳稳定性能和极限承载力的影响;最后比较了组合管网壳与纯铝合金网壳的经济性。结果表明,组合管网壳的材料费用虽较高,但其承载力高,对几何缺陷和非对称荷载敏感性小,适合于建造大跨结构。     

加强型钢网壳结构的空间稳定性分析

为了加强型钢网壳结构的更好应用,通过使用有限元软件ANSYS,利用弧长法对结构进行几何非线性全过程分析,得出荷载-位移曲线,分析结构的整体稳定性能,与纯单层柱面网壳进行对比;并与平面内结构稳定极限承载力对比,阐述空间分析的必要性.之后分析不同跨度下矢跨比、不对称荷载和初始缺陷各参数对结构的影响.结果表明,结构的稳定极限承载力和刚度有较大的提高.     

杆件屈曲对单层球面网壳结构稳定性的影响

为研究杆件屈曲对单层球面网壳结构整体稳定性的影响,采用非线性有限单元法,在考虑节点缺陷和杆件缺陷的基础上,通过削减K8型单层球面网壳结构一径向不同位置处的杆件截面使其在网壳结构发生整体失稳之前屈曲,分别在静力载荷和地震载荷作用下,研究不同位置处的杆件屈曲对K8型单层球面网壳结构整体稳定性的影响.研究结果表明:在静力载荷作用下,不同位置处的杆件屈曲会不同程度的降低网壳结构极限承载力;在地震载荷作用下,单根杆件结构的首先屈曲会使网壳结构刚度降低.     

单层球面网壳的整体稳定性分析

网壳结构的非线性稳定研究一直是国内外学者关注的热点问题,本文利用大型通用有限元软件ANSYS,以肋环型单层球面网壳为代表,进行了几何非线性整体稳定分析和弹塑性整体稳定分析.考察了网壳初始缺陷的有无、初始缺陷的选取、以及杆件划分的单元数量对其整体稳定的影响,发现杆件单元划分数目对单层球壳整体稳定性系数没有影响,缺陷整体稳定系数比完善结构整体稳定系数低25.6%,二阶模态缺陷整体稳定系数比一阶模态缺陷整体稳定系数低5%左右.     

矩形平面单层球面网壳的静力稳定性

针对底面为矩形的球面网壳结构,分析了常见三种网格形式的非线性稳定性能,选出其中性能较合理的一种网格形式,通过大规模参数化分析,较为系统地研究了矩形平面单层三向球面网壳结构的稳定性能,并给出了其极限承载力拟合公式.研究结果表明:常见网格形式中三向网格矩形底面球面网壳的稳定性能最优;极限载荷与结构等代刚度呈线性关系;初始几何缺陷对网壳极限载荷影响非常明显,当初始缺陷值取L/300时,极限载荷降低率在53.5%~65.8%之间;结构对载荷不对称分布并不敏感;立体桁架能够显著提高结构的极限承载能力.     

单层椭球网壳的承载能力研究

应用参数化方法编程建模,利用ANSYS有限元分析软件进行整体稳定分析,考虑结构的几何非线性和材料非线性;计算长跨比对稳定承载力的影响;通过和单层柱面网壳在不同边界条件下承载力的比较,得出单层椭球网壳稳定承载能力的有关结论。     

蜂窝网格型球面网壳的非线性稳定性研究

针对单层蜂窝网格型球面网壳利用有限元软件ANSYS对其进行了非线性稳定性研究.首先对两类蜂窝网格型球面网壳的稳定性能进行对比分析,确定了一种比较合理的网格布置形式.然后进行参数分析,分析了跨度、矢跨比、网格大小、初始缺陷、荷载不对称分布和材料非线性对网壳稳定性的影响.研究发现:在两类蜂窝网格形式的球面网壳中,网格Ⅰ型的整体稳定性能更好;分析建议其跨度不宜大于40m,矢跨比取0.25左右,杆件长度取2m左右,此时网壳整体稳定性较好,材料利用率较高;材料非线性对单层蜂窝网格型球面网壳的稳定承载力影响显著,考虑材料非线性后,网壳稳定承载力下降达50%;网壳对初始缺陷非常敏感,其理论最大缺陷值为跨度的1/150,此时网壳极限承载力最大下降达52%左右;网壳结构对荷载不对称分布不敏感.     

考虑杆件初弯曲的单层球面网壳稳定性能

基于通用有限元软件ANSYS及自编的前后处理程序,针对是否考虑杆件初弯曲的单层球面网壳结构进行对比分析.采用随机缺陷模态法进行了考虑杆件初弯曲的2800余例K8型单层球面网壳的弹塑性荷载-位移全过程分析,掌握了弯曲角度、幅值随机变量对网壳稳定性能的影响规律.论证了一致缺陷模态法和特征缺陷模态法计算杆件初弯曲对网壳极限承载力影响的适用性.提出了适用于计算考虑杆件初弯曲影响的网壳极限承载力修正的一致缺陷模态法.采用修正的一致缺陷模态法进行了300余例考虑杆件初弯曲的K8型单层球面网壳的弹塑性全过程分析.结果显示:采用修正的一致缺陷模态法可以计算考虑杆件初弯曲的单层球面网壳极限承载力的最小值.杆件初弯曲能够降低单层球面网壳的极限承载力,并改变其屈曲模态和塑性发展分布.当最大允许初弯曲为杆件长度的1/1 000时,网壳极限承载力最大下降5%以上;当最大允许初弯曲为杆件长度的2/1 000时,网壳极限承载力最大下降10%以上.     

抛物线型单层柱面网壳的非线性稳定性

对抛物线型单层柱面网壳的静力稳定性能进行了研究.比较了抛物线型单层柱面网壳与圆柱面单层柱面网壳和倒悬链线单层柱面网壳的静力稳定性能.对抛物线型单层柱面网壳进行参数分析,并对抛物线型单层柱面网壳进行结构优化.研究表明:与圆柱面网壳相比,抛物线型单层柱面网壳的极限荷载有大幅度增大;长跨比、矢跨比对网壳的极限荷载影响显著;初始几何缺陷对网壳的极限荷载有较大影响;网壳的斜杆相交角在50°左右,网壳的静力稳定性能最好;按等比数列布置拱向网格间距,比值α的取值在0.85到0.95之间时,网壳的静力稳定性能最好.     

大跨度椭圆抛物面弦支穹顶结构的缺陷敏感区域分析

厚街体育馆钢屋盖采用大跨度椭圆抛物面弦支穹顶结构,支座间净跨110m×80m,上部单层网壳矢高9.4 m.分别以此结构与相应的单层网壳为分析对象,采用改进的随机缺陷模态法,对两类结构的缺陷敏感区域进行对比研究.在此基础上,进一步探讨局部拓扑形式改变及活载半跨分布对弦支穹顶结构缺陷敏感区域的影响.研究表明:弦支穹顶结构的缺陷敏感区域位于上部单层网壳;弦支穹顶与相应单层网壳的缺陷敏感区域有较大差异,下部索杆体系的引入明显改善了上部单层网壳的缺陷敏感性;局部拓扑形式的改变,可有效降低结构的缺陷敏感程度;活载的半跨分布对传统拓扑形式弦支穹顶结构缺陷敏感区域的影响并不大,但对于该结构上部单层网壳中心区域的影响较为显著.