考虑杆件屈曲网壳结构动力稳定矢跨比优化

为研究在动力载荷作用下考虑杆件屈曲的单层球面网壳结构对矢跨比的敏感性,本文采用非线性有限单元法,对四种不同矢跨比的存在杆件缺陷的单层球面网壳结构进行非线性稳定全过程分析.研究结果表明:考虑杆件屈曲的单层球面网壳结构在动力载荷作用下的稳定性因矢跨比的不同有较大差异,并通过比较得出较优矢跨比.通过本文的研究,为在动力载荷作用下考虑杆件屈曲的单层球面网壳结构矢跨比设计提供理论依据.     

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.     

单层球面网壳的几何非线性稳定分析

对单层球面网壳进行了几何非线性稳定分析,利用一般空间梁单元的有限元分析,采用特征值屈曲分析预测结构的理论屈曲强度,并得到屈曲模态,再以弧长法对结构变形进行全过程跟踪分析,求得极限临界载荷.文中还详细分析了50 m跨度K-8型铝合金和钢两种网壳在不同载荷作用下的稳定性.     

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。     

基于等稳定要求网壳结构截面优化设计

单层网壳结构是缺陷敏感结构,为降低结构稳定承载力对缺陷的敏感性,提出以稳定承载力随缺陷波动最小(等稳定)为目标函数的单层球面网壳结构截面优化设计方法,即将网壳结构杆件按照缺陷敏感区域进行分组,采用序列两级算法对该分组下的网壳结构模型进行截面优化设计,考虑结构强度、刚度、双重非线性整体稳定等约束条件和随机出现的初始几何缺陷。结果表明,相比于未经截面优化设计的网壳结构,优化得到的新网壳结构在随机给定的28种满足正态分布的初始几何缺陷下,其稳定承载力的均值较大、均方差较小(稳定承载力波动较小),有效提高了网壳结构稳定承载力,降低了网壳结构稳定承载力对初始几何缺陷的敏感性,同时耗钢量略省。     

组合多面体理论在球面网壳结构中的应用

根据组合多面体理论及突角和理论,得出有12个正五边形和多个六边形构成的网壳,并计算了网壳中五边形边长与五边形外接球半径的比例关系,给出了相应的拟合公式,其相对误差不大于4.07%,据此,可根据工程需要进行多面体选型.     

某单层球面网壳结构稳定分析

以实际工程某单层球面网壳为分析对象,用3D3S软件分析了结构的稳定性能,研究中考虑了几何非线性、材料非线性、荷载的作用方式对单层球面网壳稳定性的影响。计算工程设计方案达到了极限承载力安全储备的要求。     

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.     

基于多尺度模型的单层球面网壳结构静力稳定性分析

网壳等大跨度空间结构在实际工程中得到广泛运用,静力稳定性是结构安全分析的重要内容之一。为研究静力荷载作用下网壳结构的稳定性,以单层球面网壳结构为研究对象,基于多尺度有限元建模方法,通过分别采用薄弱区域节点细化模型、薄弱区域杆件细化模型和全梁单元模型对结构在静力荷载作用下的稳定性进行分析。结果表明,杆件细化与节点细化的多尺度模型可以跟踪杆件的局部凹陷和节点变形等,更接近实际,在结构静力稳定性的数值模拟方面具有更高的准确度。     

带内树状支承柱单层球壳的优化分析

采用遗传算法和拟满应力法,以结构总质量为目标函数,杆件截面积为离散变量,对某带内树状支承柱单层球壳实际工程进行优化分析.通过在强度、杆件稳定和刚度等约束条件下,对优化结果的比较分析及对优化后的球壳结构的几何非线性全过程整体稳定性分析,使设计方案更加经济合理.算例结果表明:刚度条件对球壳结构优化起控制作用,杆件稳定和结构整体稳定性不可忽视;对带内树状支承柱单层球壳结构,要使结构设计方案经济合理,进行优化分析和方案比较是必要的.     

柱支承预应力局部单双层钢浅网壳的设计与应用

柱支承预应力局部单、双层钢网壳是在预应力网壳的基础上应用等强度壳体理论而形成的一种空间结构形式。文中介绍了其优化、设计计算要点、静动力特性以及技术经济指标。     

预应力拱支单层网壳的受力性能研究

预应力拱支单层网壳结构体系是在综合了单层网壳和预应力拱结构等的优点的基础上,构思出的一种新型大跨空间结构形式。本文比较了该结构体系在三种工况下的受力变形性能,结果表明该杂交结构能充分发挥两种结构形式的受力特点,整体受力性得到明显改善,显示出该新型杂交结构体系具有一定的应用前景。     

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。     

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.     

新型变刚度滑移支座在网壳中的隔震性能研究

提出了一种变刚度滑移支座（Nonlinear Spring-Friction Bearing,NFB）,该支座由非线性圆锥弹簧和平面滑移支座组成;结合支座构造特点和工作原理建立了该支座的理论模型;利用有限元软件建立支座的实体模型,研究其滞回性能和应力分布状态,并分析圆锥弹簧关键参数对滞回特性的影响;将NFB和常见定刚度...     

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.     

大跨度Kiewitt型弦支穹顶结构的自振特性分析

弦支穹顶结构是由单层球面网壳和下部张拉体系组合而成的一种新型的空间结构体系,以120m跨度K8型弦支穹顶结构为例,采用分块兰索斯(Lanczos)法对其自振特性进行了分析,分析时考虑拉索预应力、撑杆高度、结构跨度和荷载等4个因素对结构自振频率的影响。结果表明:当拉索预应力增大到一定程度,再增加预应力对结构的自振频率影响有限;结构自振频率随着撑杆高度的增加而增大;小跨度弦支穹顶与单层网壳自振模态相当接近,但大跨度弦支穹顶与同等跨度下的单层网壳自振模态明显不同。