Levy型劲性支撑穹顶结构连续倒塌分析

劲性支撑穹顶结构在遭受意外冲击时,可能发生连续倒塌,造成财产损失,甚至人员伤亡,因此分析其连续倒塌性能十分必要。依据Levy型劲性支撑穹顶结构的特点,给出了杆件阀值系数及其计算公式,提出了连续倒塌判别准则及倒塌类型。提出了基于响应差值的损伤系数,给出了杆件重要性系数。依据杆件重要性系数对Levy型劲性支撑穹顶结构的杆件重要性进行计算并排序。基于连续倒塌判别准则和杆件重要性分析结果,提出了连续倒塌分析方法和流程,分析了结构的连续倒塌性能,讨论矢跨比、初始预应力对连续倒塌性能的影响。给出了劲性支撑穹顶结构抗连续倒塌的方法。研究表明：Levy型劲性支撑穹顶结构的连续倒塌类型分为无倒塌、局部倒塌和整体倒塌。结构外环杆重要性系数最大,其次是内环杆。外环杆、内环杆和节点发生破坏,结构将发生连续倒塌,其它杆件破坏结构不会发生倒塌。矢跨比越小、初始预应力越大,杆件的重要性越小。可加强节点和环向杆件根数提高结构的抗连续倒塌能力。     

劲性支撑穹顶结构局部断索（杆）分析

劲性支撑穹顶结构是一种新型的索结构,断索（杆）分析对结构破坏机理和倒塌性能研究有十分重要的意义。运用瞬态动力学的Newmark时间积分法对单根索（杆）断裂后结构的力学性能进行分析,提出了响应变化率和动力响应系数,运用其评价各类索（杆）破断对结构的影响程度。根据局部断索（杆）是否引起其他索杆的强度破坏和过大位移将杆件分为全局敏感性构件、局部敏感性构件和不敏感性构件。提出了一种杆件重要性系数,表征杆件的重要性并对其重要性排序。研究表明：内外环杆、外斜杆和外撑杆破断结构发生连续倒塌,其为全局敏感性构件;外脊索、中脊索、内脊索、中斜杆、内斜杆和内撑杆破断对其附近的构件影响较大,为局部敏感性构件;外环杆的杆件重要性排在首位,内脊索排在末位。     

网架结构连续倒塌性能的试验研究

进行了跨度为1.25 m、5×5网格、网格尺寸0.25 m×0.25 m、高度0.175 m的四角锥网架结构模型的连续倒塌试验,研究网架结构受力最大的腹杆初始失效后,网架结构其余杆件受力变化及结构的连续倒塌全过程,观测杆件的荷载-应力曲线、荷载-位移曲线,分析网架结构连续倒塌的性能和特点。网架结构的连续倒塌主要是由受压杆件的屈曲失稳引起的,破坏比较突然。     

混凝土浇筑期模板高支撑体系抗连续性倒塌性能分析

根据已有模板高支撑体系的研究,利用有限元软件SAP2000阶段非线性分析功能进行模板高支撑体系的数值模拟,并用敏感性分析的方法对比不同构件的重要性系数,然后用拆除构件法对整个体系的抗连续性倒塌性能进行分析。结果表明:单侧推进浇筑顺序下体系最不稳定的荷载模式是顶端中部混凝土浇筑,体系的关键构件为重要性系数最大的底部内杆,关键构件及其附近3根构件的同时失效将引起体系发生连续性倒塌。     

考虑损伤累积效应的拱形立体桁架结构倒塌分析

以实际工程为背景,通过ABAQUS损伤材料子程序对拱形立体桁架结构进行连续倒塌分析,考虑了杆件失稳的影响,研究了该类结构在强震作用下的倒塌破坏机理和破坏模式。结果表明,强震作用下,拱形立体桁架结构杆件损伤不断累积,刚度逐渐退化,最终失效退出工作。损伤累积效应使杆件应力减小,应变增大,同时节点位移幅值增大。在地震波作用下,中间主桁架柱腹杆最先失效退出工作,随后失效区域沿主桁架平面外方向扩展并由柱脚发展至结构顶部。地震作用结束后,主桁架1/4跨度处腹杆以及部分长细比较大的柱腹杆发生失稳破坏。考虑杆件失稳的影响,将导致部分杆件提前失效,但对整个结构的破坏模式影响不大。     

拉索预应力空间钢网壳结构设计和计算

０前言网壳结构在竖向荷载作用下,一般上弦杆受较大压力,受力不均匀,钢材抗拉时强度很高,受压时由于钢构件壁厚一般较小,存在压杆失稳问题．当杆长细比超过１５０时,受压强度承载力的折减高达７０％,若按常规设计,杆件截面大,耗材多,不能极大的发挥网壳结构的优...     

结构抗连续倒塌鲁棒性简化分析方法研究

为了研究结构抗竖向连续倒塌鲁棒性,结合竖向连续倒塌过程中框架结构内力特征,针对性地提出了构件易损性系数,并对已有的一种结构鲁棒性计算方法进行了简化和改进,通过对钢筋混凝土(Reinforced concrete,RC)框架结构有限元模型分析进行验证.研究表明:结构鲁棒性强弱是一个相对概念,降低重要竖向承重构件的易损性系数能够增强结构抗连续倒塌的鲁棒性;在同样荷载作用下,框架柱易损性系数按照大小排序依次为中柱、边柱和角柱,而重要性系数按照大小排序则依次为角柱、边柱和中柱,对易损性系数和重要性系数均较大的构件设置可靠保护或增加荷载传递路径都能够提高整体结构抗连续倒塌的鲁棒性.     

钢-混凝土组合梁连续倒塌性能与倒塌机理分析

为了研究在中柱失效情况下钢-混凝土组合梁的连续倒塌性能,利用ANSYS软件对12根组合梁柱子结构试件进行了有限元建模,分析了混凝土板中配筋率、组合梁跨高比、栓钉间距、梁端纵向约束条件等参数对组合梁连续倒塌性能的影响。结果表明,板中配筋率、跨高比、钢梁高度等参数对组合梁的抗倒塌承载力影响显著;考虑悬链线工作机制的组合梁极限抗倒塌承载力约为按照塑性铰破坏模型计算所得抗倒塌承载力的1.34~1.86倍;进行组合梁的静力倒塌分析时应考虑荷载的冲击作用,倒塌荷载动力增大系数(DIF)可在1.13~1.41之间取值。     

典型钢框架结构节点的动态力学性能与延性分析

采用ABAQUS有限元软件分析了典型钢框架节点(狗骨式节点、端板螺栓连接节点和T型钢连接节点)抗倒塌性能,通过改变冲击荷载大小得到节点的荷载-位移曲线关系,从而得到节点的动态力学性能。分析结果表明,对于不同类型节点,在冲击荷载作用下均未形成悬索机构,且翼缘削弱部分和螺栓连接是梁柱子结构中的薄弱环节。提出了采用节点延性系数评估连续倒塌过程中节点延性的方法,定义不同类型节点结构动力荷载下的极限转动能力θmax与结构开始形成悬链线效应所达到的转角(θc)比值为节点延性系数。当节点延性系数大于1.0时,表示该节点结构能够形成悬链线效应,进入悬索作用阶段;延性系数越大,结构的安全储备越大。节点延性系数可以用于结构抗连续倒塌设计,评估结构是否考虑悬链线效应,以便对结构进行经济、合理的设计。     

边柱失效后RC板柱结构连续倒塌性能试验研究

制作了2个缩尺比例为1/3.5的单层1×2跨的RC板柱子结构试件,对其开展了边柱失效情况下的静力倒塌试验,研究其倒塌破坏模式和破坏机理等连续倒塌性能,探讨混凝土板底配置斜向构造钢筋对RC板柱结构连续倒塌性能的影响。试验结果表明：在失效柱节点区发生冲切破坏后,相邻角柱和边柱的节点区域先后发生弯剪破坏;加载过程中混凝土板顶面和底面分别形成了以失效柱为中心的弧形裂缝分布和放射型裂缝分布;由失效柱承担的荷载在剩余结构中主要沿楼盖板的短跨向相邻柱传递;与未配置板底斜向构造钢筋的试件相比,配置板底斜向构造钢筋试件的开裂荷载、第1个峰值荷载和极限抗倒塌承载力分别提高了78.3%、32.3%和50.7%;布置斜向板底构造钢筋的试件在倒塌过程中荷载动力增大系数（DIF）的最大值和波动幅度均明显减小。分析可知,拉膜效应是板柱结构中一种重要的抗倒塌工作机制;在对边柱失效情况下的板柱结构开展静力倒塌分析时荷载动力增大系数（DIF）的取值既不应小于1.16,也不应大于2.0;配置板底斜向构造钢筋可以作为提高RC板柱结构薄弱区域抗连续倒塌性能的一种有效构造措施。最后,基于试验提出了边柱失效情况下板柱结构的抗倒塌承载力计算模型,计算值与试验值的对比表明该计算模型可用于对边柱失效情况下板柱结构抗倒塌承载力的评估。     

Experimental Study on a Single Layer Two-Way Grid Shell with Tension Members

Single layer two-way grid shell with in-plane and out-of-plane tension members is a new type of single-layer latticed shell roofs. Compared with traditional single-layer latticed shells, this new type has a unique mesh form and excellent rigidity. In order to further understand the buckling behaviors of single layer two-way grid cylindrical shell roof with tension members, the buckling experiments have been undertaken to investigate the effect of tension members, in either out-of-plane or in-plane placement. A single layer two-way grid cylindrical shell roof with out-of-plane tension members has been tested under symmetric and asymmetric loading. The tension member placement, the introducing initial axial force to tension members and the load patterns are considered to investigate the buckling behavior. Experimental results indicate that four long out-of-plane tension members work well under symmetrical loading, but only two long out-of-plane tension members work under asymmetrical loading. It can be concluded that the PC bar members used as tension members for this study are useful in the construction of a single layer two-way grid cylindrical shell roof with structural members intersecting at small angles.     

双轴载荷作用下柱壳的塑性屈曲

采用各向异性刚线性硬化模型研究了柱壳的塑性屈曲问题，当把本构方程的起算点设置在线硬化的起始位置时，本构方程具有线性形式，基此建立了柱壳屈曲的基本方程，并用它求解了四边简支柱壳在双轴载荷作用下的屈曲问题，在弱各项异性情况下获得了最小屈曲载荷的解析表达式．     

复合材料加口盖柱壳的设计与分析

基于ABAQUS软件,建立了1/3复合材料加筋柱壳结构的有限元模型,并对其压缩性能进行了分析,结果表明:结构的破坏形式为压缩稳定性破坏。在此基础上,研究了口盖的材料、铺层、尺寸等对带口盖加筋柱壳压缩性能的影响,为满足工程需要提出了对柱壳结构开口尺寸及口盖设计的改进方法。通过对改进结构进行分析表明,将口盖铺层的纤维整体偏转25°,能够使柱壳屈曲载荷提高6.8%,口盖选用与基体结构相同的复合材料比选用金属材料好。在对质量要求不高的情况下,口盖材料可以用铝合金7075代替碳纤维复合材料。     

多层不等厚组合圆柱壳屈曲数值模拟分析

针对大型立式组合圆柱壳结构的几何特征,采用数值模拟方法分析了多层不等厚特征因素对圆柱壳屈曲临界载荷的影响.提出多层不等厚可看成是圆柱壳壳壁上的几何缺陷,在一定程度上会减弱经典圆柱壳的屈曲临界应力水平.建立数个多层不等厚组合圆柱壳的屈曲分析有限元（FEA）模型,初步分析了不同载荷工况下多层组合圆柱壳的屈曲行为,得到相应的屈曲失稳临界载荷,验证了环向应力对组合圆柱壳屈曲的影响规律.结果表明,多层不等厚特征因素可明显降低经典圆柱壳的屈曲临界载荷,其中层数和相邻圆柱壳壁厚差值对屈曲临界载荷的影响最大.     

分布轴对称缺陷对薄壁圆柱壳屈曲可靠性影响

为了分析分布轴对称缺陷参量对薄壁圆柱壳屈曲可靠性的影响,根据Budiansky临界解答,建立了具有初始分布轴对称缺陷薄壁圆柱壳体的等效安全余量.利用改进一次二阶矩方法,研究了分布轴对称初始缺陷对薄壁圆柱壳体屈曲安全问题,以可靠度的概念分析了结构屈曲敏感度的问题,分析了基于结构可靠度的薄壁结构屈曲强度评定方法,提出了基于结构可靠度的缺陷敏感度的分析方法,通过结构可靠度指标的变化能够间接地反映结构对缺陷的敏感性.研究表明,基于结构可靠度的不完整薄壁圆柱壳屈曲安全评定方法是可行的,提出的等效安全余量的方法,为复杂安全余量建立和简化结构安全评定提供了参考.     

基于QR法的单层柱面网壳结构分析

为解决传统有限元方法计算网壳结构时的缺点与不足,采用结构分析QR法对单层柱面网壳结构进行研究.根据QR法基本原理,导出了单层柱面网壳结构新的刚度方程及其计算格式,利用样条节点位移参数可求出结构节点位移和杆端力.依据QR法的计算要点和有限元法流程编制了相应的计算程序,计算了某单层柱面网壳结构的节点位移和内力,并将计算结果与有限元结果作对比.结果表明:该方法是一种经济可靠的结构分析计算方法,可用于单层柱面网壳结构及其他网壳结构的计算.     

薄壁加筋圆柱壳稳定性分析及优化

为了提高薄壁加筋圆柱壳的屈曲承载力,首先,对受轴压作用下的薄壁加筋圆柱壳进行了稳定性分析,在相同体积以及筋条截面尺寸固定的情况下,进行参数化建模,分析了筋条数目对失稳模态和屈曲承载力的影响;进而,以加筋圆柱壳屈曲承载力最大为目标,以纵向筋数目、蒙皮厚度以及筋条截面尺寸为设计变量,建立了加筋圆柱壳等体积下屈曲承载力最大的优化设计模型,用ANSYS APDL语言建立结构参数化分析流程,实现了结构的自动重分析,并采用遗传算法求解优化模型.结果表明:筋条数目对失稳模态和屈曲承载力有很大影响;筋条数目有一个合适的范围,加筋过少,结构的屈曲承载力低于等体积下不加筋光滑圆柱壳的屈曲承载力;加筋过多,随着筋条数目的增加,结构的屈曲承载力也呈下降趋势;通过求解优化模型,可获得最优的筋条数目及筋条截面尺寸,使圆柱壳的屈曲承载力得到显著提高.     

施威德勒穹顶弹塑性稳定性能研究

通过有计划地对400余例实际尺寸的施威德勒型单层球面网壳进行双重非线性全过程分析,求得网壳的极限承载力,系统地考察了初始缺陷和荷载不对称以及考虑材料非线性等因素对网壳稳定性能的影响,较全面了解了施威德勒型单层球面网壳弹塑性稳定的规律性,为此类网壳结构的工程实践提供了理论依据和设计参考。并得出以下几点结论:(1)为保证网壳的安全性,网壳的极限承载力应由双重非线性全过程分析确定。(2)施威德勒穹顶属于缺陷敏感性结构。(3)竖向荷载不对称分布对网壳极限承载力影响较小。(4)工程设计中应适当考虑支承条件变化对网壳极限承载力的影响。     

施威德勒型球面网壳屈曲荷载与自振频率关系分析

应用动力学原理对网壳屈曲荷载与自振频率的关系进行了分析,并利用有限元法对某施威德勒型球面网壳进行了线性屈曲、非线性屈曲、自振频率分析。对比了网壳线性屈曲与非线性屈曲分析所得的屈曲荷载值,验证了荷载-自振频率法所得屈曲荷载值的可靠性;对荷载-自振频率曲线进行了拟合,推导了拟合公式。结果表明：拟合公式计算结果与有限元分析结果相对误差小于4．3％;荷载-自振频率法对网壳的稳定性监测具有一定的参考价值和实践指导意义。     

A new robust design for imperfection sensitive stiffened cylinders used in aerospace engineering

A knock-down factor is commonly used to take into account the obvious decline of the buckling load in a cylindrical shell caused by the inevitable imperfections. In 1968, NASA guideline SP-8007 gave knock-down factors which rely on a lower-bound curve taken from experimental data. Recent research has indicated that the NASA knock-down factors are inclined to produce very conservative estimations for the buckling load of imperfect shells, due to the limitations of the computational power and the experimental skills available five decades ago. A novel knock-down factor is proposed composed of two parts for the metallic stiffened cylinders. A deterministic study is applied to achieve the first part of the knock-down factor considering the measured geometric imperfection, the other types of imperfections are considered in the second part using a stochastic analysis. A smeared model is used to achieve the implementation of the measured geometric imperfection for the stiffened cylinder. This new robust and less conservative design for the stiffened cylinders is validated by using test results.