旋转对数曲面网壳结构受力性能及其稳定性分析

旋转对数曲面网壳是球面网壳的一种拓展,研究旋转对数曲面网壳可以为网壳结构分析和结构选型优化提供理论依据。文章应用APDL参数化设计语言,对网壳进行参数化建模,并对凯威特型、联方型、施威德勒型、肋环型4种旋转对数曲面网壳结构进行受力性能和稳定性分析。结果表明:同等工况下,凯威特型结构最大位移约为许用位移的3%,最大应力约为许用应力的15%,其结构形式和受力性能最为合理;网壳结构矢高为40 m时,最不利位移和最不利应力减小率分别为0.76%和4.79%,大矢高下刚度变化不大,强度有较大增加;矢跨比增大到1/2时,特征值增大量为33.7%,大矢跨比网壳结构强度较大;结构在矢跨比为1/2且初始缺陷跨度为1/500下可以有较好的稳定性。     

杂交型马鞍网壳结构参数化设计及形状优化

杂交型网壳可以发挥各单一传统网壳的优点,在增大跨度的同时又可获得较高的经济效益。文章根据杂交型马鞍型网壳结构特点,采用APDL参数化设计语言研制了两类六种不同杂交型马鞍网壳参数化设计宏程序,运用ANSYS软件对其进行受力性能分析,并对受力性能最好的凯威特—联方(Kie-Lam)网壳进行了108种工况形状优化设计。结果表明:在同等工况下六种杂交型马鞍网壳中Kie-Lam最大位移为6.9 mm和最不应力为25.1 MPa均最小,受力最为合理;矢高f与网壳最不利应力成反比,f每增加1 m最不利应力平均下降幅度最大为0.51 MPa,随Ns变化没有统一规律;在S=60 m、f=30 m不变的情况下,存在一种工况Kn=8、Nx=12和Ns=8满足结构强度、刚度和稳定性前提下,使网壳结构总耗钢量最轻。     

杂交型椭球面网壳参数化设计及受力性能分析

杂交型椭球面网壳克服传统单一型椭球面和球面网壳随跨度S和环向区域份数K_n增加,结构顶点杆件数量增多而带来的杆件种类和尺度变化大等缺点,从而提高了结构的合理性,改善了结构的受力性能。文章根据杂交型椭球面网壳特点,采用APDL(Ansys Parametric Design Language)语言,研制了杂交型椭球面网壳参数化设计宏程序;以凯威特—肋环杂交椭球面网壳为例,应用ANSYS软件对其进行了受力性能分析。结果表明:同等工况下,凯威特—肋环杂交椭球面网壳顶点附近应力和位移均较小、且分布均匀,避免了单一网壳类型顶点附近应力集中现象,其受力性能优于单一类型凯威特、肋环型椭球面网壳;凯威特—肋环杂交椭球面网壳结构受力(2.35 N/m~2)后的最大位移和最不利应力随跨度的增加而逐渐增大,当跨度S_1≥110 m,K_n=6或K_n=8时最不利应力超过许用应力,工程中建议跨度上限为90~100 m。     

基于H_∞理论的网壳结构鲁棒性分析

为了分析网壳结构的鲁棒性,基于H∞鲁棒控制理论,采用系统传递函数的H∞范数为结构鲁棒性定量评价指标,通过参数分析,研究几何参数、网格形式对单层网壳结构鲁棒性的影响.针对常见的凯威特型单层网壳结构,通过概念移除构件,分析构件的重要性,进而搜索影响鲁棒性的关键路径.针对某工程实例,讨论不同的支承形式对鲁棒性的影响.结果表明,结构跨度越小、构件截面和矢跨比越大,网壳结构的鲁棒性越强;相比肋环型和肋环斜杆型,凯威特型网壳结构鲁棒性较强;对于周边固支的凯威特型网壳结构,位于圆周直径上的径向构件对鲁棒性最重要;减少支座将降低结构的鲁棒性.     

单层球面网壳的动力分析

运用有限元分析软件ANSYS计算分析了网壳跨度、矢跨比、支座刚度和网格尺寸对凯威特型单层球面网壳结构自振特性的影响.得出了正放四角锥型单层球面网壳结构的自振频率变化规律和抗震设计的有关结论.     

谷线式叉筒网壳参数化设计及受力性能分析

谷线式叉筒网壳曲面造型流畅,内部空间美观,克服了传统柱面网壳建筑外形单一的缺点。文章根据其结构特点,应用APDL(Ansys Parametric Design Language)参数化设计语言,研制了5种基本形式的单层谷线式叉筒网壳参数化设计宏程序,实现了给定结构跨度、矢高、谷线数及径向节点圈数等参数下,5种结构形式的参数化设计;并应用Ansys软件对其进行了95种工况的受力性能比对分析。结果表明:同等工况下,5种形式结构中,三向网格型结构形式和受力性能最为合理,故实际工程设计时应优先选用;而联方型结构最大位移和最不利应力始终为5种结构中最不理想的,结构最不利应力易超过结构许用应力值;单层谷线式叉筒网壳适用于中小跨度S≤65 m、低矢高fd的建筑结构。     

单层球面网壳选型优化设计

采用改进的自适应遗传算法来解决单层球面网壳结构构件截面优化问题,并采用VC 语言编写了相应的自适应遗传算法和有限元计算程序,可以实现单层球面网壳结构的自动优化设计。设计了不同类型、跨度和矢跨比的网壳优化算例;并通过对按照现行相关规范优化设计的单层球面网壳和符合现行相关规范要求但未经优化设计的单层球面网壳用ANSYS软件进行考虑几何非线性的屈曲分析,分别确定其屈曲荷载与设计荷载之比,以比较它们的受力和安全性能。结果表明采用自适应遗传算法进行离散变量的网壳结构截面优化设计容易收敛,优化效果良好。如果综合考虑经济和安全因素,设计网壳时,其矢跨比取1/6~1/5比较合适。     

半刚性节点单层球面网壳抗震性能

为了研究由多根螺栓现场拼装而成的半刚性节点单层球面网壳的抗震性能及其抗震设计方法,利用节点的弯矩-转角曲线对凯威特型螺栓球节点单层球面网壳的抗震性能进行了较为系统的分析,包括其自振特性及杆件地震内力系数随矢跨比、跨度、屋面质量、杆件截面、地震波、节点弯曲刚度等参数的变化规律,通过大规模参数分析,给出半刚性节点单层球面网壳的地震内力系数取值,提出基于地震内力调整系数的半刚性节点单层球面网壳的实用抗震设计方法.     

折板网壳结构参数化设计及受力特点分析

据折板网壳结构特点,采用ANSYS有限元软件自带参数化设计语言APDL(ANSYS Parametric Design Language),研制了两类单层折板网壳结构参数化设计宏程序;实现了给定跨度S、中矢高F、边矢高Fb、环向对称区域份数Kn、径向节点圈数Nx等参数下,两类单层折板网壳的参数化设计;并应用ANSYS软件对两类单层折板网壳结构的受力特点进行了分析;为折板网壳结构的设计与应用,提供了有益的参考.建模实例表明,该参数化设计方法和设计程序简单、高效、实用,为采用ANSYS软件进行不同类型、不同几何参数下折板网壳结构受力分析和结构优化设计方案比较提供了极大方便.     

大矢跨比单层球面网壳弹塑性稳定性研究

为全面认识大矢跨比球面网壳的弹塑性稳定性能,利用ANSYS软件及自编的前后处理程序,有计划地针对132例矢跨比为1/4~1/2的大矢跨比K8型单层球面网壳进行弹性、弹塑性稳定性能分析,并对其中典型算例的塑性发展状况进行了全过程跟踪分析.考察网壳的屈曲模态,分析初始几何缺陷、矢跨比,材料非线性对网壳弹塑性极限承载力的影响.结果表明:大矢跨比情况下,初始几何缺陷的存在会导致网壳的极限承载力降低50%,材料非线性对极限承载力的影响也明显大于常用矢跨比情况,塑性折减系数达到0.4,网壳极易发生提前失稳.建议适当提高大矢跨比球面网壳的稳定性验算安全系数.     

板锥柱面网壳结构自振特性分析

板锥柱面网壳结构是一种新型的空间结构,此类结构受力合理、整体刚度大、稳定性好,是一种具有广阔发展前景的结构型式。本文基于有限元方法,采用子空间迭代法,研究板锥柱面网壳结构的自振特性;考虑不同跨度、矢跨比、长跨比、网格尺寸对其自振特性的影响;在大量参数分析、计算的基础上,得出了网壳的自振规律,为板锥柱面网壳结构的应用和设计提供理论指导。     

三维地震作用下应用FPB单层球面网壳抗震性能

为准确确定三维地震作用下应用摩擦摆支座(FPB)单层球面网壳结构的减震效果,在精细化建模基础上,分析了摩擦摆支座的隔震机理,并对摩擦摆支座单层球面网壳结构从静力和动力两个方面进行分析.静力荷载作用下,从结构内力、变形和稳定性3个方面分析摩擦摆支座对网壳结构静力力学性能的影响;三维地震作用下,应用动力时程分析方法分析了地震动强度以及摩擦摆支座参数对单层球面网壳抗震性能的影响规律.结果表明:静力作用下,加强外环杆件能有效改善摩擦摆支座对网壳结构的不利影响;三维地震作用下,地震动强度越大,摩擦摆支座隔震性能越好;摩擦摆支座的最优摩擦系数随着地震动强度的增大而增加;摩擦摆支座曲率半径越大网壳结构的抗震性能越好.     

基于神经网络算法的大跨度双层扭网壳的设计

应用误差反向传播的人工神经网络技术对大跨度双层扭网壳进行设计,双层扭网壳的跨度在50~80 m之间变化,训练了估算双层扭网壳的最大挠度、重量和杆单元横截面面积的神经网络。为减少数据的非线性和提高训练速度,形成了特殊的数据排序方法。这种方法提供了必要的稳定性。本文研究表明应用神经网络技术对双层网壳结构进行设计是可行的。     

K6角锥体系球面网壳参数化设计与受力特点分析

以K6型正、倒放三角锥体系球面网壳为研究对象,采用ANSYS软件自带参数化设计语言APDL,研制了参数化设计宏程序;实现了给定网壳跨度S、矢高F、环向对称区域份数Kn、径向节点圈数Nx等参数下,该类球面网壳的参数化建模与设计;并对其受力特点进行了分析,研究了这两类K6型球面网壳结构位移和应力分布变化规律.结果表明：（1）在跨度S、矢高F相同的情况下,可以通过增加径向节点圈数Nx的方法来提高整体结构的刚度和强度;（2） K6正放与倒放三角锥球面网壳相比,K6正放三角锥球面网壳的刚度较高,它是工程中优先选用的一种结构形式.     

Vibration control in reticulated shells using viscous dampers system

0　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＡｓａｎａｔｕｒａｌｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ ,ｅａｒｔｈｑｕａｋｅａｌｗａｙｓｃａｕｓｅｓｇｒｅａｔｄａｍａｇｅｔｏｂｕｉｌｄｉｎｇｓ .Ｓｏｍｅｄａｍｐｅｒｓａｒｅｉｎｓｔａｌｌｅｄｏｎｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｔｈａｔｔｈｅｄａｍｐｅｒｓａｎｄｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｒｅｓｉｓｔｔｈｅｓｅｉｓｍｉｃｍｏｔｉｏｎｔｏｇｅｔｈｅｒ ,ａｎｄｔｈｉｓｉｓｃａｌｌｅｄｖｉｂｒａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌ.Ｆｏｒｄａｍｐｅｒｓｃａｎａｂｓｏｒｂｓｅｉｓｍｉｃｅｎｅｒｇｙ ,ｔｈｅｄａｍ …     

局部双层柱面网壳与单层网壳的对比分析

合理的局部双层网壳结构能够较好的解决单层网壳承载力低、整体稳定性较差以及双层网壳由于杆件、节点较多造成结构繁杂的缺点,近年来得到了较多的应用.以正交正放局部双层柱面空腹网壳为例,通过与相同跨度及截面下单层网壳的对比,详细阐述了局部双层网壳在承载力、稳定性及经济指标上的优越性,得出了一些对工程设计具有指导意义的结论.     

单层网壳结构的风振响应与抗风设计

利用随机模拟风振分析方法对Kiewitt6—6型单层球面网壳和三向网格单层柱面网壳的风振性能进行了系统的参数分析，包括几何参数、气动参数、结构参数等，得出可供单层网壳结构抗风设计参考的风振系数。结果表明，单层网壳结构的风振系数分布较为均匀，大致为3．0。     

大跨度拱支网壳结构体系及静力性能研究

拱支网壳结构体系是在综合了网壳(网架)及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．论述了该结构形式的合理性,提出了该结构体系具有代表性的多种结构形式．再与纯单层网壳对比,就该结构体系的静力性能进行比较分析,并对三个缩尺模型的静力稳定作了试验研究．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,整体受力性能在极限承载力、缺陷敏感性、结构延性等方面都得到明显改善,显示出该新型杂交结构体系将具有较广阔的应用前景．     

大跨度四边支承单层柱面网壳的稳定性能

为拓宽单层柱面网壳的应用跨度,以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,针对波宽为20m四边支承柱面网壳开展400余例非线性全过程分析,考察屈曲模态、临界荷载、塑性发展分布等特征响应,总结长宽比、矢宽比、初始几何缺陷、荷载不对称分布等因素对网壳临界荷载的影响规律.研究结果显示:四边支承柱面网壳的直杆以受弯作用为主,壳面中部是结构的薄弱区域;当长宽比过大时,应通过增设加劲肋提高壳面刚度,加劲肋的间距应使得网壳长宽比保持在1.0为宜;柱面网壳对于初始几何缺陷较为敏感,当缺陷值达到波宽的1/300时,网壳的弹塑性临界荷载将降低30%以上;当荷载呈不对称分布且p/g=1.0时,网壳的临界荷载将降低到均布荷载作用情况下的86%～94%.