混凝土折板式拟球面网壳的弹性稳定分析

混凝土折板式拟球面网壳是通过在球面上切割平面后再网格化而成,结构由密肋平板在脊线处交汇组成,本文采用有限元方法分析其弹性稳定性能,并讨论主脊线、副脊线、密肋梁、支座环梁等的抗弯刚度以及矢跨比、屋面板厚度等因素对其临界荷载的影响。结果表明:结构的低阶失稳模态关于主脊线对称,靠近支座环梁的密肋平板刚度相对较弱;矢跨比是影响结构临界荷载的重要因素,且不宜低于1/8;主脊线是结构低阶失稳模态的节线,其抗弯刚度对结构临界荷载的影响较小;提高副脊线的抗弯刚度可以有效增大结构的临界荷载;支座环梁抗弯刚度的增加对临界荷载的影响较小,其截面高度可按自身跨度的1/12;密肋梁的抗弯刚度对结构临界荷载的影响较大,提高密肋梁的截面高度有利于增强结构抵抗失稳的能力;屋面板的厚度改变对结构临界荷载的影响较小。     

斜放网格棱柱面密肋折板网壳的静力特性分析

为了解斜放网格混凝土棱柱面密肋折板网壳静力特性,采用有限元法计算了32个算例,通过有限元参数化分析考虑了结构的矢跨比、斜向密肋梁刚度、脊线梁刚度、主拱梁刚度、边梁刚度、屋面板厚度对结构静力特性的影响。分析表明:屋盖具有较好的刚度和空间受力特性,且主拱和斜向密肋是屋盖中的主要受力构件;矢跨比对屋盖最大挠度的影响较大,并且随着矢跨比增大结构内力呈现下降趋势,建议矢跨比取1/6～1/4;提高斜向肋刚度有利于提高屋盖整体刚度,建议斜向肋截面高度取屋盖跨度的1/60～1/45;脊线梁的截面刚度对相连的斜向肋轴力影响较大,建议脊线的截面高度按屋盖跨度的1/65～1/34;主拱刚度对屋盖整体刚度贡献较大,建议主拱的截面高度取屋盖跨度的1/51～1/36;边梁刚度在整体结构中的贡献不大,可取边梁跨度的1/20～1/15为边梁的截面高度;屋面板厚在满足使用情况下不应取值过大。     

混凝土棱柱面网壳动力特性的参数化分析

混凝土棱柱面网壳通过将柱面切割为汇交平面成形,每个平面采用密肋平板,是一种新型混凝土空间网格结构。基于有限元基本理论及端隔影响讨论这种结构的自振特性,并在此基础上考虑矢跨比和脊线、主拱、密肋梁、边梁的刚度及屋面板厚度等因素对结构基频的影响。结果表明:结构动力特性介于拱网壳和筒网壳之间,端隔可以明显提高结构的竖向刚度进而提高结构抗震能力;矢跨比高于1/6后,结构刚度随矢跨比增加而降低,建议结构矢跨比不高于1/5;脊线作为振动节线,几乎对结构刚度没有影响;主拱作为密肋板的弹性支承,结构基频随主拱刚度的增加而增加,主拱截面高度可按屋盖跨度的1/50~1/40确定;增加肋的刚度有利于提高结构的整体刚度,肋的截面高度可取跨度的1/100~1/80;边梁截面高度的改变几乎不影响结构的整体刚度;增加屋面板厚度可提高屋盖整体刚度,但不建议采用过厚的屋面板。     

斜放网格棱柱面密肋折板网壳的动力特性分析

为了解斜放网格混凝土拟柱面密肋折板网壳动力特性,采用有限元法计算39个算例,对比了周边支承和拱脚支承屋盖的自振频率与振型,通过有限元参数化分析考虑结构的矢跨比、支座约束、斜向密肋梁刚度、脊线梁刚度、主拱梁刚度、边梁刚度、屋面板厚度对结构自振频率影响。分析表明:与下部结构协同工作时,周边支承对屋盖整体刚度提升较大;矢跨比对屋盖振动基频的影响较小,较大矢跨比会减弱端隔面外刚度,建议矢跨比取1/6$1/4;支座约束对屋盖整体刚度的提升很大;提高斜向肋刚度有利于提高屋盖整体刚度,建议斜向肋截面高度取屋盖跨度的1/60$1/45;脊线梁截面刚度在屋盖的整体刚度中贡献较小,建议脊线的截面高度按构造确定;主拱刚度对屋盖整体刚度贡献较大,建议主拱截面高度取屋盖跨度的1/51$1/40;边梁刚度在整体结构中贡献不大,可取边梁跨度的1/20$1/15为边梁的截面高度;屋面板作为结构刚度储备在满足使用标准的情况下不应取值过大。     

混凝土人字形折板式网壳结构的弹性稳定分析

弹性稳定是结构非线性分析时考虑缺陷影响的基础。对混凝土人字形折板式网壳结构基于对称性作简化分析,导得结构弹性失稳临界荷载计算的超越方程并给出临界荷载-肋梁刚度比曲线。采用有限元方法计算结构的失稳荷载,给出了低阶失稳模态;并考虑边梁、脊线和肋刚度及矢跨比的影响计算弹性失稳临界荷载,上述刚度改变通过调整构件截面高度实现。结果表明:结构的低阶弹性失稳模态关于脊线对称,其中一阶模态为半波反对称变形;矢跨比是影响弹性失稳临界荷载的重要因素,建议矢跨比不低于1/6;增大边梁的截面高度并不能有效提高其抗扭刚度,因此不能显著影响弹性失稳临界荷载;脊线刚度对弹性失稳临界荷载的影响较小;肋刚度的增加可以大幅度提高结构弹性失稳临界荷载。     

正交网格混凝土密肋式锥面网壳的静力性能分析

混凝土密肋式锥面网壳是通过等分圆锥面后,由密肋平板在脊线处交汇形成的新型网壳结构。为了解其静力性能,通过数值模拟分析结构在竖向荷载作用下的变形和内力分布,并考虑矢跨比、边梁刚度、脊线刚度、密肋梁刚度和板厚等参数的影响。结果表明：密肋梁会协同脊线工作,且脊线和边梁为结构的主要传力构件;矢跨比的变化对结构刚度影响不明显,但对内力分布影响显著,建议矢跨比不宜大于1/4;增大边梁刚度可提高结构的整体刚度,边梁截面高度可取结构跨度的1/45～1/35;增大脊线刚度并不能显著改善结构的整体刚度,脊线截面高度可取结构跨度的1/55～1/45;密肋梁刚度的增大会显著降低结构的最大挠度,密肋梁的截面高度可取结构跨度的1/85～1/65;屋面板厚对结构刚度影响较小,板厚满足构造要求即可。     

混凝土幕形密肋网壳的静力性能及参数化分析

幕形密肋网壳是由密肋平板在脊线处汇交构成的新型混凝土空间结构,为了解其力学性能,通过有限元建模分析了结构在竖向荷载下屋面板参与工作和不参与工作时结构的内力分布,并讨论结构矢跨比、脊线刚度、密肋梁刚度、边梁刚度对结构内力和挠度的影响。分析表明:脊线是结构的主要传力构件,且屋面板对控制结构的刚度是有利的;矢跨比对结构最大挠度的影响较显著,并且随着矢跨比降低结构内力增加,建议结构矢跨比宜为1/6~1/4;脊线刚度变化除对自身内力影响较大外,对结构整体刚度和其他构件内力影响较小,建议脊线截面高度按跨度的1/40~1/25取值;加强密肋梁刚度对降低结构最大挠度和改善结构内力分布具有一定的作用,建议密肋截面高度可取跨度的1/45~1/30;提高边梁刚度会显著降低结构的最大挠度,但会导致自身内力大幅度增大,建议边梁截面高度取跨度的1/30~1/20,所得结论可为工程应用提供参考。     

混凝土折板式拟扁网壳的自振特性参数分析

混凝土折板式拟扁网壳由密肋平板汇交组成,本文在四点支承条件下对其应用空间梁单元和板壳单元建立有限元模型,采用子空间迭代法求解结构振型及对应自振频率,在自振特性分析基础上,讨论了矢跨比、网格划分频数、脊线刚度、密肋梁刚度及边梁刚度等因素对结构自振频率的影响。算例分析表明:结构频谱分布具有密集性及跳跃性特点,低阶振型以脊线为振动节线,边缘桁架的面外刚度对振型影响较大;矢跨比的改变对基频的影响较小,过大的矢跨比将削弱边缘桁架的面外刚度,建议结构矢跨比不低于1/6;网格划分频数对基频的影响不显著,结构的密肋板可按普通平板楼盖划分网格;结构基频随脊线刚度的增加近似呈线性增加,建议脊线截面高度取屋盖跨度的1/50~1/30;提高密肋梁刚度有利于增加屋盖整体刚度,建议密肋梁截面高度取屋盖跨度的1/60~1/35;边梁截面高度可按脊线截面高度确定,但应注意边缘桁架面外刚度对结构动力特性的影响。     

三向网格混凝土锥面密肋网壳的静力性能分析

混凝土锥面密肋网壳是由三角形密肋平板空间交汇形成的大跨度伞状结构.为了解三向网格锥面密肋网壳在竖向荷载作用下的变形和内力分布规律,采用有限元数值模拟方法,并考虑矢跨比及边梁、脊线、密肋梁和屋面板等构件刚度影响进行静力计算.结果表明:结构变形主要集中在三角形密肋平板的重心附近,脊线是屋盖的主传力结构;边梁对密肋平板的约束...     

混凝土密肋式锥面网壳的动力特性分析

混凝土密肋式锥面网壳是由相等的密肋平板在脊线处交汇形成的一种新型网壳结构。为了解网壳结构的动力特性,采用子空间迭代法求解结构的自振频率及振型,并通过讨论影响结构基频的主要因素,对基频进行公式拟合。结果表明:结构的振型以竖向振动为主;因结构刚度分布均匀,频率多次"重频"且有明显的跳跃点;网格数不变时,增大结构矢跨比对提高结构整体刚度是不利的,建议屋盖矢跨比的选取不宜过大;边梁刚度的增大会加强对密肋板的约束,进而提高结构整体刚度,建议边梁截面高度的选取宜按跨度的1/40～1/30确定;增大密肋梁刚度能有效提高结构整体刚度,但过大的密肋梁高度会加大结构自重,建议密肋梁截面高度的取值宜按跨度的1/100～1/75确定;结构基频的公式拟合值误差满足工程精度设计要求。     

混凝土折板式拱网壳动力特性的参数化分析

折板式拱网壳是由V形折板拱壳网格化而得的新型混凝土空间网格结构,本文采用有限元方法分析纵向两端开敞结构的动力特性,并了解结构整体刚度的主要影响因素。结果表明:屋盖的低阶振型以竖向振动为主,刚度薄弱位置出现在开敞处,因此横向矢高对结构整体刚度的影响较小,而V形密肋折板拱自身的矢高对结构整体刚度的影响较大;横向脊(谷)线拱作为屋盖的主要传力结构,增强其刚度可以明显提高结构的整体刚度;纵向脊线是结构的振动节线,其刚度变化对结构整体刚度影响不大;空腹桁架上弦作为V形密肋折板拱的拱脚边缘支承结构,提高其刚度几乎不改变屋盖结构的整体刚度;提高密肋梁的刚度会同时增大结构质量,因此密肋梁的刚度改变几乎不影响结构基频;由于有限元模型中屋面板中面与梁中面重合,板厚改变不影响结构的基频,屋面板可作为结构的刚度储备。     

人字形密肋式折板筒壳的静力性能分析

混凝土密肋式折板壳是密肋楼盖和折板结构的杂交体。以这种结构中的人字形筒壳作为研究对象,采用有限元方法进行了大量算例分析,详细讨论了波跨比、短筒壳的矢跨比、横隔刚度和边梁刚度等因素对结构静力性能的影响。分析表明,结构的受力性能类似于柱面筒壳。波跨比不宜大于1．5;对于短筒壳,网格数一定时,矢跨比对挠度和内力的影响较小,建议矢跨比不宜低于1／6;矢高较大时,横隔刚度对结构整体刚度的改善作用不大,边梁刚度对结构挠度和内力影响较大,建议边梁的截面高度按跨度的1／18—1／12。该结论可为类似工程应用提供参考。     

人字形密肋式折板拱壳的动力特性分析

针对人字形密肋式折板拱壳结构,采用有限元理论和子空间迭代法求得了结构的自振频率,分析了结构的振型特点,详细讨论了矢跨比、脊线刚度、边梁刚度和柱上肋梁的刚度对结构基频的影响,还讨论了建筑构造做法所产生的外加质量对结构自振特性的影响。分析表明,结构的低阶振型主要表现为竖向振型,横隔是结构整体刚度的薄弱环节,结构基频随矢跨比的降低而增加,这与传统认识不符。建议结构的矢跨比不宜小于1／6,脊线和边梁刚度对基频的影响很小,边梁的跨高比可取1／20—1／16,提高柱上肋的刚度有利于改善结构的整体刚度,结构动力特性分析时应计及建筑构造做法所产生的外加质量的影响。分析结论可为类似工程应用提供参考。     

拟球面三角形网格密肋折板壳的动力特性分析

考虑矢跨比、主脊线刚度、副脊线刚度和边梁刚度等因素的影响,采用有限元方法对混凝土拟球面三角形网格密肋折板壳进行参数化自由振动分析,以考察结构的自振频率及振型特点。结果表明:结构自振频率具有密集分布的特点、成对出现的振型较多,频率-振型序号曲线具有明显的跳跃台阶;低阶振型主要表现为边界附近折板的竖向振动,振动节线大体为脊线;矢跨比对结构自振频率影响较大,建议结构矢跨比采用1/8~1/3;基于结构的传力特点,主脊线刚度对结构整体刚度的贡献有限,在满足结构承载力要求前提下,主脊线可采用较小的刚度;结构基频随副脊线刚度的增加而明显增长,增加副脊线刚度有利于提高结构整体刚度;边梁约束作用对结构整体刚度没有明显影响。     

斜靠式拱肋系极限承载能力研究

以斜靠式拱桥拱肋系为研究对象,采用弧长法,对拱肋系的侧倾失稳全过程进行了跟踪分析,获得了失稳极值点,揭示了稳定拱肋刚度,主拱肋和稳定拱肋拱顶间横撑抗弯刚度,矢跨比,主拱边界条件对极限承载力的影响规律.研究表明:斜靠式拱肋系的极限承载能力随着横撑切向抗弯刚度的增大而增大,而稳定拱肋侧向抗弯刚度和抗扭刚度对极限承载能力的影响较小;主拱边界条件和矢跨比对斜靠式拱肋系的极限荷载有明显的影响.     

非落地钢管桁架拱结构稳定性能

由于使用空间的需要,钢管桁架拱多为非落地拱,支承于桁架柱或其他结构上.桁架柱或其他结构的刚度的变化,会直接影响钢管桁架拱的稳定性能.本文在考虑刚度等效原则的基础上,根据线弹性稳定理论,推导出非落地钢管桁架拱结构面内、外临界荷载表达式.根据面外失稳临界荷载值不小于面内失稳临界荷载值的原则,沿圆弧拱侧向等距离布置侧向支撑,以防止其发生面外失稳,进而确定出侧向支撑的布置数目.分析得出圆弧拱的半径对侧向支撑的数目没有影响;随着桁架拱的开角(矢跨比)、桁架拱截面高度的增大,侧向支撑的数目增多;随着桁架拱截面宽度的增大,侧向支撑的数目减少.最后得出侧向支撑数目与无量纲参数f/L、h/b的关系表达式.     

单层椭圆抛物面网壳在地震作用下的动力稳定性分析

以平面30 m×30 m,矢跨比分别为1/6,1/7,1/8和1/9的椭圆抛物面单层网壳为对象,利用ANSYS非线性动力软件,研究其弹塑性动力失稳。计算中考虑几何和材料非线性效应,并对几何缺陷、阻尼、不同地震波及其输入方向等对稳定性的影响进行了分析。结果表明:该结构的动力失稳一般伴随着较大的塑性变形,具有明显的突发性;在水平地震作用下动力稳定临界荷载明显低于竖向地震作用下的临界荷载,以两向地震作用下最低;在水平地震作用下,较大矢跨比时动力稳定临界荷载较低;杆件截面的增大可显著提高该结构的水平刚度和动力稳定临界荷载;几何缺陷能显著降低网壳结构的动力稳定临界荷载;考虑Raleigh阻尼模式,其临界荷载提高不足7%。     

混凝土人字形密肋网壳与下部结构共同工作动力特性分析

对混凝土人字形密肋折板网壳与下部结构共同工作的动力特性,采用有限元方法计算24个算例,对比点支承网壳和屋盖与下部结构共同工作的自振频率与振型,有限元参数分析考虑屋盖矢跨比、肋刚度、脊线刚度和顶层抗侧刚度的影响。计算结果表明:屋盖点支承和与下部结构共同工作的自振频率分布均较为密集,点支承屋盖的振型主要为竖向振动,共同工作时,第1、2阶振型为平动振型,第3阶为扭动振型,高阶平动振型中伴随屋盖的竖向振动,屋盖不宜简化为理想点支承作抗震设计;屋盖矢跨比对整体结构前三阶频率的影响较小;提高顶层抗侧刚度有利于增大结构整体刚度;增大屋盖肋刚度时,结构整体刚度仍主要受下部结构刚度控制,屋盖肋截面在满足承载力需求前提下可按较小的高跨比确定;屋脊类似于屋盖拱向肋的系杆,不会影响结构整体刚度。     

节点刚度对管桁架拱稳定性的影响

为研究节点刚度对管桁架拱稳定性的影响,在节点弹簧单元和壳单元滞回性能一致性得到验证的基础上,采用往复荷载下的变刚度弹簧模型代替壳单元考虑节点的半刚性。弹簧模型的节点刚度方程由节点域壳单元模型在往复荷载加载作用下的骨架曲线确定。以矢跨比为0.29,跨度为50m的管桁架拱为算例,采用材料与几何非线性有限元法对节点域弹簧模型和普通模型进行稳定性分析。结果表明：“静力失稳模态”为空间管桁架拱的最不利初始缺陷形式;节点刚度对管桁架拱的承载力影响程度与考虑初始缺陷的大小、分布形式和荷载作用范围有关。     

蝴蝶型拱桥稳定性参数分析

建立实桥有限元模型,研究蝴蝶拱桥稳定性能,对不同荷载作用、矢跨比、主拱倾角、拱肋连杆位置及构件刚度等参数进行分析.分析结果表明:选择合理主拱矢跨比与外倾角可使蝴蝶拱获得更优稳定性;跨中处肋间连杆对稳定性影响大;构件刚度对结构稳定的影响度依次为主拱肋、肋间连杆及副拱肋.