某锥形穹顶半刚接单层网壳分析与设计

以某图书馆的锥形穹顶单层网壳为研究对象,分析其受力变形性能和整体稳定性能.对比研究了不同截面方案和节点假定对网壳构件承载力、屈曲特性和极限承载力的影响.采用多尺度有限元分析方法,真实模拟节点性能,与节点刚接、铰接模型的计算结果进行了对比.结果表明:采用钢管非加劲相贯焊连接的单层网壳为典型的半刚接网壳,合理的杆件截面设计可使其整体稳定性能接近于节点刚接模型;节点铰接会改变单层网壳的屈曲形态,使结构整体协同性能严重弱化或丧失;多尺度有限元分析方法是判别节点刚度和承载力的有效方法,可真实反映节点性能对整体结构性能的影响.     

某幕墙支撑网壳结构设计分析

某幕墙支撑结构采用单层柱面网壳形式,结合建筑形态和结构性能确定了网格和构件截面形式,基于有限元软件SAP 2000和ANSYS,对网壳结构进行了特征值屈曲分析,得到了构件计算长度系数;同时进行了非线性全过程分析。结果表明,该网壳结构具有较好的整体稳定性。     

柱面空腹网壳结构的稳定性和参数分析

为了确定柱面空腹网壳结构从稳定平衡状态变为不稳定平衡状态的临界荷载和屈曲后的形态,深入研究柱面空腹网壳结构的稳定性。采用有限元分析方法,在对柱面空腹网壳结构进行计算分析的基础上,进一步进行屈曲模态分析及非线性参数化屈曲分析。目前方钢管构成的空腹网壳在已有研究中并不多见,以方钢管构成的空腹网壳结构为主要研究对象,分析该类结构矢跨比、结构厚度、截面尺寸等参数变化对结构极限承载力的影响,从而得出在不同参数变化下柱面空腹网壳结构的稳定性情况。     

某单层球面网壳结构设计

对某70m直径单层球面网壳进行结构设计,根据受力情况选用了三种截面形式的矩形钢管,主要对自重荷载、温度荷载、雪荷载以及风荷载组合工况下的杆件进行验算。结果表明,杆件承载力满足《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)要求。对网壳结构进行整体稳定分析,首先通过弹性屈曲分析确定最不利工况,然后在最不利工况下,对网壳进行仅考虑几何非线性的屈曲分析及考虑材料及几何双非线性全过程分析。结果表明,网壳的稳定承载力满足《空间网格结构技术规程》(JGJ 7—2010)要求。     

世博博物馆“欢庆之云”结构设计

世博博物馆结构整体由"历史河谷"和"欢庆之云"两部分组成。"欢庆之云"建筑造型取自云朵的形态,是由三角形网格组成的底部向上、向外扭转延伸的单层网壳曲面钢结构,建筑体型较不规则、空间定位复杂。结构杆件采用矩形钢管,分区段统一截面的外包尺寸,构件间采用刚性节点连接。为满足建筑的外观效果,工程创新性采用了直扭箱形构件。"欢庆之云"具有多重传力路径,结构的控制荷载为地震作用,考虑几何、材料双重非线性影响的临界屈曲承载力满足设计规范要求,结构具有良好的整体稳定性。     

折线形双曲扁网壳的构形和稳定性能分析

提出一种由三角形网格组成的新型折线形双曲扁网壳结构,探讨了该类型网壳结构的构形.使用简捷设计法对折线形双曲扁网壳结构进行了结构设计,验证了简捷设计法的有效性,计算了该类结构跨越不同跨度时所需的杆件用钢量,表明该结构体系可以满足较大跨度的建筑需要,且具有良好的技术经济指标.对折线形双曲扁网壳的线性稳定性能和非线性稳定性能进行了分析,结果显示,折线形双曲扁网壳具有较好的整体受力性能,有良好的工程应用前景.     

国际期刊导读

具有不确定材料性能的壳结构非线性有限元分析;冷弯钢构件残余应力和应变的预测;薄壁开口构件的屈曲分析——有限元公式;薄壁梁的非线性有限元分析;通宽剥离时复合板材的后屈曲性能     

单层双曲椭圆抛物面网壳弹塑性稳定性能

基于通用有限元软件ANSYS及自编的前后处理程序,有计划地针对400余例单层双曲椭圆抛物面网壳结构进行双重非线性全过程分析,系统地考察了屈曲模态、塑性发展分布等特征响应,总结初始缺陷和荷载不对称分布以及考虑材料非线性等因素对网壳弹塑性稳定承载力的影响规律,对现有网壳规程中安全系数取值进行重新核定。结果表明:双曲扁网壳屈曲模态通常表现为局部结点的跳跃失稳,并主要发生在网壳角部支座或边缘跨中位置;有缺陷双曲扁网壳的极限承载力可按完整结构的74%取值,并且此类结构对于荷载不对称分布不敏感;同时建议双曲扁网壳稳定性验算中安全系数的取值应根据不同结构形式和几何参数确定,取值范围为4.67~5.16。     

石家庄站站棚结构设计

石家庄站站棚为无站台柱雨棚,站棚屋面采用连续多跨柱面网壳结构,网壳通过主构件支承在钢管柱上。两列边柱采用钢管混凝土柱,以提高结构抗侧刚度,为网壳提供可靠的边界约束。由于网壳结构的曲面造型,温度效应对屋面超长结构的内力不起控制作用。综合考虑材料非线性和几何非线性的影响,对站棚网壳结构进行了极限承载力分析和弹塑性时程分析,后者同时考虑行波效应的影响。分析结果表明,钢管混凝土边柱为网壳提供了有效的侧向约束,网壳结构具有足够的承载力安全系数;站棚结构具有良好的抗震性能。     

考虑强弱轴影响的矩形钢管网壳结构弹塑性稳定性分析

在单层网壳结构中,存在强弱轴的矩形钢管较圆钢管、方形钢管在结构受力合理性、材料性能充分利用上存在优势。首先通过一组算例对比分析了圆钢管、H型钢、方形钢管和矩形钢管四种杆件形式在网壳结构曲面内外承受双向压弯的稳定性差异,随后将矩形钢管带入装配式节点的弹簧单元有限元模型,对比刚接模型进行研究,得到了节点域、节点刚度、初始缺陷幅值、矢跨比等参数对结构稳定承载力的影响规律。结果表明,矩形钢管的稳定应力在两个方向上可以达到平衡,且在强轴方向的稳定应力要低于同截面面积的圆钢管和方形钢管的稳定应力;对于截面存在强、弱轴且在截面两个方向材料充分运用的杆件,其弱轴方向抗弯刚度的影响不可忽视。     

北京新机场装配式单层铝合金网壳结构整体稳定性能研究

以北京新机场装配式单层铝合金网壳结构作为研究对象,建立了其装配式节点——板式节点及考虑节点性能的单层铝合金网壳的有限元模型,分析了板式节点的力学性能及节点性能对单层铝合金网壳稳定性能的影响。研究表明：板式节点刚度良好,破坏表现为不锈钢拉铆钉剪切破坏、连接板拉剪破坏和杆件在螺栓孔处承压破坏;北京新机场装配式单层铝合金网壳结构的整体稳定性能良好,承载力约为刚接网壳结构的90%,满足JGJ 7—2010《空间网格结构技术规程》的要求;由于铝合金材料无明显的屈服台阶,弹性模量较小,考虑几何非线性和材料非线性的稳定承载力比仅考虑几何非线性的稳定承载力降低约30%,结构发生弹塑性失稳,结构失稳形态表现为网壳结构在靠近长轴右端出现凹陷。     

板锥网壳结构的抗震分析

板锥网壳结构是一种受力性能合理、技术经济效益良好的新型空间结构形式。分别采用振型分解反应谱法和时程分析法对板锥网壳结构进行了地震响应分析 ,得出了可应用于工程实践的重要结论。     

北京大兴国际机场航站楼大跨度钢结构C5区地震响应分析

北京大兴国际机场航站楼大跨度钢结构C5区为双层网壳结构,结构形式复杂,杆件众多,其抗震性能是设计与分析中的关键问题。对C5区建立有限元模型,首先进行了自振模态分析,初步了解了其动力特性。然后,根据规范合理选择地震波,进行动力时程分析,研究了模型在8度多遇及罕遇地震作用下的动力响应和杆件内力情况。分析结果表明:C5区的自振频率分布十分密集,振型以竖向振动为主且对称出现;在8度多遇地震作用下,整体杆件地震内力系数均处于较低水平,上弦及下弦杆件的地震内力系数稍大,受地震作用影响较大;在8度罕遇地震作用下,上、下弦极少数杆件的应力进入塑性范围,其余杆件的应力均处于弹性范围内,整体塑性发展程度较弱;在8度多遇及罕遇地震作用下,结构的层间位移角、剪重比等指标均满足规范要求。总体来说,结构在8度多遇及罕遇地震作用下能实现"小震不坏、大震不倒"的抗震设防水准要求,抗震性能良好。     

改进贴板加强的钢管受弯连接节点试验研究

由于国家游泳中心多面体空间刚架的杆件与节点之间采用全熔透的对接焊缝连接,为避免焊缝脆性破坏先于钢材破坏,实现"强节点弱构件"的设计思想,确保结构具有良好的延性,有必要对焊缝连接节点进行适当加强。采用低周反复加载方法对改进贴板加强的方钢管及圆钢管杆端受弯连接节点进行试验研究。改进的贴板加强方式对4面围焊的矩形贴板作了两方面的改进:贴板形状由矩形改为下部矩形、上部梯形的形式;取消贴板前端的焊缝,由4面围焊改为3面围焊。研究表明,改进贴板加强方式可有效减少由于焊接引起的母材材性改变所带来的不利影响,节点的破坏形式则由钢材拉裂改变为钢管的局部压曲,节点的耗能能力更强、延性更好。     

双层双曲线形网壳结构冷却塔的优化研究

采用了满应力法对应用于冷却塔的双层双曲线形网壳结构进行了杆件截面的优化设计 ,建立了以结构的自重为最小目标函数的空间网壳数学模型 ,详细介绍了优化的实施步骤 ,同时利用VisualBasic6.0编制了该竖向网壳的杆件截面优化程序 ,并用该程序对具体的工程实例进行优化设计 ,并对优化后的杆件截面进行了几种荷载组合的内力分析 ,而且比较了几种荷载组合的分析结果 ,得到了一些有实用价值的结论     

防屈曲支撑在双层柱面网壳中的减震性能分析

防屈曲支撑是一种效果良好的减震装置,由于其"小震经济、中震不坏、大震易修"的优点,有望成为新型的高性能装置从而应用于大跨度空间结构振动控制中.以一50m跨度的双层柱面网壳为实例,采用非线性时程分析的方法研究了柱面网壳结构在加入防屈曲支撑后的轴力及位移减震效果,通过不同的时程输入及不同支撑布置方式,得出了合理的支撑布置方式,在最优的布置方式下,位移减震效果可达27%,轴力减震效果可达47%,可见防屈曲支撑在双层柱面网壳中的减震效果较为理想,从而可以将其推广应用于其他形式的大跨度空间结构.     

考虑杆件屈曲的网壳结构的稳定性

为了了解杆件屈曲对网壳结构稳定性的影响,关键问题就是如何区分网壳结构中的杆件屈曲并得出其辨别方法。以一个Kiewitt-8型球面网壳为实例,研究杆件屈曲的特性和传播规律。同时,应用有限元分析软件ANSYS对一个球状网壳结构模型的测试结果进行分析和比较,得出对杆件屈曲的判定结果和其对结构的影响。判定结果与试验数据完全吻合。从杆件屈曲方面考虑,对材料非线性,初始几何缺陷以及杆件型号对杆件和网壳结构稳定性的影响进行研究。结果显示,所采用的方法可以有效地判定网壳结构的杆件屈曲问题;杆件屈曲和其扩散会直接影响到整个结构的稳定性。     

Stability of reticulated shells considering member buckling

In order to understand the influence of member buckling on the stability of reticulated shells, a key problem of how to distinguish the member buckling for reticulated shell structures was pointed out, and judgment methods of member buckling were obtained. Using a Kiewitt-8 dome as an example, the buckling characteristic and propagation rule of member buckling were studied. Meanwhile, a reticulated dome model tested was analyzed and compared by using the finite element software ANSYS. Judgment results of member buckling and the influence of member buckling on the structure were obtained. The judgment results accorded well with the test. Then taking the member buckling into consideration, the effect of material nonlinearity, initial geometrical imperfections, and member size on the stability of the members and the reticulated shell structures were investigated. The results show that the methods adopted can judge the member buckling for reticulated shell structures effectively; the member buckling and its propagation can affect the stability of the structure directly.     

常州市体育馆椭圆抛物面弦支穹顶稳定性研究

常州市体育馆椭圆抛物面钢屋盖采用由Levy索杆系和单层网壳构成的弦支穹顶结构,与已研究的常规弦支穹顶相比,其具有体量大,矢跨比高和外形为椭圆抛物面的特点。将弦支穹顶与单层网壳进行稳定性对比研究,包括构件屈曲、线性屈曲和几何非线性屈曲等,分析了高矢跨比弦支穹顶中索杆系的作用以及对结构设计起控制作用的破坏形式。研究结果表明,索杆系增加了弦支穹顶的整体性,降低了其对初始几何缺陷的敏感性,但对结构刚度、基本自振周期和模态、构件屈曲荷载、线性屈曲荷载、无初始缺陷的非线性屈曲荷载、屈曲模态等影响不大。高矢跨比弦支穹顶仍对初始缺陷较为敏感,稳定性仍是结构设计控制因素之一。此外,由于椭圆抛物面外形,活荷载布置形式对结构屈曲模态影响较大,且满跨活荷载并不一定是最不利的活荷载布置形式。     

装配式新型梁-柱钢连接节点抗震性能研究

与传统建筑业相比,装配式建筑具有能耗低、施工周期短、施工现场环境好等优点.本文基于现有的装配式RC结构梁-柱节点连接方式,提出了一种用于装配式RC结构的新型梁-柱钢连接节点,以期克服现浇混凝土连接节点施工效率低的缺点,同时保证节点的强度和稳定性,进而确保结构具有良好的整体性.通过有限元分析软件ABAQUS对现浇与新型梁...