基元模数与组合多面体外接球半径的几何关系

网壳结构作为曲面形的网格结构,兼有杆系结构和薄壳结构的固有特性。随机法组合多面体球面网壳结构在国内还很少见,既没有理论作指导,更没有实际经验可以借鉴。在这种情况下,提出的组合多面体理论和组合多面体变体理论,为随机法单层球面网壳的几何构型设计提供了依据。随机法组合多单层球面网壳的半径与其组成单元的基元模数、单元中正五边形的边长存在着一定的几何关系,了解基元模数与组合多面体外接球半径之间的关系,对随机法组合多面体各参数的计算有着非常重要的意义。     

组合多面体理论及几何构型设计

根据目前国内网壳形式的现状,提出了一种全部由五边形和六边形网格组成的网壳形式(以下简称组合多面体).本文首先论述了组合多面体的几何性质,其几何性质的对称性和均匀性为它的实际应用提供了前提条件;然后又总结了这种组合多面体的面数计算公式,说明这样的组合多面体有无穷多个;之后根据节点突角和相等原理,分别算出了32面体,42面体,92面体,122面体的六边形构型,节点构型,杆长类型和突角和,又列出了162面体,252面体,272面体,482面体,752面体的这种性质,进而总结了这些特性间的关系,为组合多面体的建模提供了依据.     

镜像对称性多边形构型等边凸多面体解析计算方法

基于组合多面体理论,利用计算机图形学相关矩阵变换,建立了镜像对称性多边形构型等边凸多面体解析计算方法,并得到了等边凸多面体由构型和径长唯一确定的结论,该方法可直接运用到大跨度单层球形网壳结构设计中。等边凸面体由平面多边形板块组成,便于设计和加工;主体杆件只有一种,便于预制及快速构建。     

三向网格扁锥面网壳的非线性固有频率

根据薄壳非线性动力学理论,用拟壳法给出扁锥面网壳的非线性动力学基本方程.选取扁锥面网壳中心最大振幅为摄动参数,用摄动变分法进行求解.一次近似得到了扁锥面网壳的线性振动时的固有频率,二次近似得到了扁锥面网壳的非线性固有频率.     

扁球面网壳的非线性频率

根据薄壳非线性动力学理论,用拟壳法给出扁球面网壳的非线性动力学基本方程．在扁球面网壳周边在底面内可移夹紧和周边在底面内固定夹紧两种边界条件下求解了该网壳的非线性频率．把振型函数和应力函数代入能量变分方程,在一个周期内积分即可求得该网壳的非线性频率．由非线性频率的特征关系式画出了非线性频率的特征曲线．     

施威德勒网壳结构的动力强度破坏

对40 m跨的施威德勒理想网壳结构和考虑初始缺陷的网壳结构进行了全过程动力时程分析,考察了此类型网壳结构的动力性能和破坏形式.对具有初始缺陷的网壳结构进行了参数影响分析,分别考察了地震作用、杆件截面和屋面荷载三种因素对结构动力性能的影响,研究了在不同条件下施威德勒网壳结构的动力失效机理和破坏模式.将研究结果与其他球面网壳结构进行了比较,验证了已提出的理论框架的合理性和实用性.     

正高斯双曲空腹扁网壳连续化模型的等效刚度

对由正交拱架组成的正高斯双曲空腹扁网壳进行分析,探讨了基于连续化计算模型的拟壳分析法,给出正高斯双曲空腹扁网壳的等代薄膜刚度和弯曲刚度的表达式,按弹性小挠度薄壳理论进行分析,建立了正高斯双曲空腹扁网壳的基本方程式.     

单层网壳结构稳定性研究及其可靠度探析

稳定性是单层网壳结构设计中的关键一环，将可靠度引入单层网壳结构分析中也是非常重要的。通过对单层网壳结构稳定性及可靠度理论进行研究。本文综合现有分析方法，结合网壳结构规程要求，对单层网壳结构整体稳定性和可靠度进行研究分析。     

空间网壳结构风振抑制的动态矩阵预测控制分析

将传统预测控制方法进行改进并应用于空间网壳结构风致振动控制,采用动态矩阵预测控制理论来定义衰减函数参考轨迹,以适应空间网壳结构的风振控制特点,建立了空间网壳结构风振预测控制系统模型,采用多种结构响应反馈机制,选用典型网壳模型进行风荷载作用下的预测控制计算和控制效果分析.通过改变空间结构模型参数,探计了空间网壳结构风振的动态矩阵预测控制的鲁棒性.     

大跨空间结构理论研究和工程实践

结构形式的创新和有力的理论研究支持,是大跨空间结构健康发展的两个关键因素。文章结合笔者参与的若干大型工程,从一个侧面反映我国十余年来在空间结构形式创新方面所进行的努力。简要介绍了笔者在悬索体系解析计算理论、单层网壳结构稳定性、网壳抗震性能和振动控制、悬索和薄膜结构的风致动力响应等理论研究领域取得的一些进展     

基于性能的单层球面网壳结构强震损伤模式优化

为避免强震作用下单层网壳损伤集中模式对结构整体稳定性的不利影响,根据地震作用下网壳稳定承载力和整体损伤的变化过程,定义了两个抗震性能指标作为目标函数,并以杆件截面尺寸为优化变量,采用ABAQUS软件对单层球面网壳结构的强震损伤模式进行了多目标优化,并对优化前后结构的动力响应和损伤演化进行分析.结果表明:考虑杆件重要性系数的单层网壳整体损伤指标能够有效识别强震作用下单层网壳结构损伤模式,经过优化后的单层网壳结构损伤集中模式得到有效控制,不同位置的杆件损伤分布更加均匀.本文的优化方法能够明显提高不同强震作用下网壳结构的剩余稳定承载力.     

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.     

基于IDA方法的钢柱支承网壳结构失效特征

对钢柱支承网壳结构的强震失效机理开展了系统的研究.首先通过有限元软件ABAQUS分别建立了钢支承结构的有限元模型;然后,对钢柱支承网壳结构开展强震失效机理研究,分析支承结构对网壳结构强震失效特征的影响,考察钢柱支承网壳结构的失效模式;最后,基于结构损伤理论建立钢柱支承网壳结构强震失效判别方法,得到了钢柱支承网壳结构的强震失效规律.     

网格结构生成的代数映射改进技术

鉴于运用形式代数进行参数化建模只适用于简单空间结构的问题，提出了对空间网格结构的参数化快速间接二次建模新方法．通过生成相应平面网架结构，利用空间映射关系变换为空间网壳结构，并自行开发了空间网格结构生成软件GAs．该方法为解决诸如双层网壳结构、局部双层网壳、斜拉网壳等复杂构形的空间网格结构生成问题提供了新手段．根据映射理论，基于杆件种类最少原则，提出了切割型和组合型空间网格结构的形式代数算法，显示出这种间接二次建模对于切割型、组合型空间网格结构生成的有效性．     

预应力钢网壳中预应力的研究和应用

本文进行了预应力扭网壳计算理论的研究，给出了预应力壳单元刚度矩阵，提出了刚度聚合法概念。结合在广东已建成的三项工程实践，探讨了预应力作用于网壳所产生的效果，预应力扭网壳索力优选，预应力损失以及支座变化对网壳的影响。给出了支座约束刚度计算公式。     

双层圆柱面网壳的抗震性能研究

采用三维地震理论和振型分解反应谱法,对目前两种常用的网格形式的双层圆柱面网壳分析了几十个具体算例,找出它的动力特性变化规律和主要影响参数,用回归分析方法建立基频近似计算公式,提出了地震反应主方向判别原则．双层圆柱面网壳的抗震性能研究@张锦虹@陈扬骤     

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.     

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.     

大跨网壳结构的动力倒塌判别分析

为了研究大跨网壳结构的倒塌模式以及判别倒塌过程中各阶段所对应的临界荷载,基于LS-DYNA软件,同时考虑结构的双重非线性和材料的失效应变,对3种典型大跨网壳结构的倒塌过程进行了模拟.根据模拟结果,提出了大跨网壳结构的倒塌模式.参考增量动力分析方法,得到了带肋施威德勒网壳从动态失稳直至倒塌状态所对应的临界荷载,并且分析了...     

网壳风振随机响应有限元法分析

针对网壳的空间三维受力特点,考虑多自由度空间相关性,多模态以及模态互在性作用的影响,提出了网壳结构的空间三维风振随机干扰有限元模型,并基于随机理以及振动理论,推导了脉动风作用下网壳结构响应的计算公式,编制了网壳风振计算分析专用程度Ｇｗｉｎｄ,通过大量算例分析表明,计算效率较高,可应用于网壳实际工程风振设计,文中还给出了几种典型工况下单层球面网壳的风振数值分析结果。