强震下三片叠合式旋转开合球面网壳屋盖的失效模式及防倒塌策略

以日本福冈穹顶为背景,分析了200m跨度三片叠合式旋转开合球面网壳屋盖的动力特性以及7、8度中震及大震下的杆件塑性发展特点及失效模式.针对8度大震下结构可能出现倒塌的情况,考察了基于控制模态力法的杆件加强策略的有效性.结果 表明:8度小震对杆件截面验算不起控制作用,且仅通过小震验算的球面网壳在8度大震作用下可能发生倒塌;靠近主壳与底扩区转折处的腹杆或支座区上弦杆容易形成屈曲带并诱发网壳倒塌;屈曲带各杆件在非抗震设计及抗震设计下的最不利内力存在较大差异是形成薄弱区的主要原因;采用针对性加强薄弱区杆件的控制模态力法对保证结构在地震烈度为8度时的"大震不倒"是有效的.当控制模态力的组合系数为8.0时,网壳用钢量的增幅约11.2％.     

应用FPB不同矢跨比柱支承单层球面网壳结构力学性能研究

针对5种不同矢跨比(1/3,1/4,1/5,1/6和1/7)柱支承单层球面网壳结构,开展了摩擦摆支座网壳结构力学性能方面的研究。静力分析方面,从顶点位移、杆件内力及极限荷载3个方面进行分析,分析结果表明,应用摩擦摆支座后,不同矢跨比网壳结构的静力力学性能均被减弱。动力分析方面,从杆件动应力、节点水平相对位移和加速度3个角度探讨了应用摩擦摆支座不同矢跨比网壳结构的抗震性能,结果显示,应用摩擦摆支座后,不同矢跨比结构均有良好的减震效果,且随着地震动强度的增加,减震效果增大;不同矢跨比网壳结构的减震效果之间相差在20%以内。     

网壳在温度变化下的静力分析

通过对空间网壳结构在温度变化下的有限元数值计算,本文采用子空间迭代法系统研究了网壳杆件在不同温度场作用下不同矢跨比球面网壳的变形和受力性能。结果表明日照温差减小了支座水平推力,但对杆件内力影响较大。     

一种适用于非圆形建筑平面的新型球面弦支穹顶结构静力性能研究

现有球面弦支穹顶结构主要适用于平面投影为标准圆形的建筑,其结构周圈的支座位于同一标高。当建筑要求的平面为多边形或者由多段不同直径圆弧构成的不规则曲线形状时,现有常规的球面弦支穹顶布置形式无法满足该类建筑的需求。为研究球面弦支穹顶在平面投影为多边形或多段圆弧构成的非标准圆形建筑中的适用性,介绍了一种新型球面弦支穹顶结构体系,该体系适用于非圆建筑平面,通过采用位于不同标高内的支座将受力性能较好的球面弦支穹顶结构应用到平面投影不规则的建筑中。其平面投影轮廓轴线由八段圆弧组成,长轴尺寸89.89 m,短轴尺寸82.674 m,短轴方向矢高4.104 m,长轴方向矢高4.876 m。上层单层网壳采用K8+联方型网格布置,共设置了五道环索和撑杆。研究了矢跨比、撑杆长度、环索初拉力、环索截面积和支座水平刚度等参数变化对该新型弦支穹顶结构的结构位移、杆件内力和支座反力等静力性能的影响规律。研究结果表明:1)随着短轴矢跨比、撑杆长度、环索初拉力、环索截面积和支座水平刚度的增大,新型球面弦支穹顶结构最大竖向位移减小。2)网壳最大轴力随着撑杆长度、环索初拉力、环索截面积和支座水平刚度的增大而减小,不随短轴矢跨比变化。撑杆内力和环索内力随着短轴矢跨比和支座水平刚度的增大而减小,随着环索初拉力的增大而增大,随着撑杆长度和环索截面积变化复杂。环索节点不平衡力随着短轴矢跨比、撑杆长度和支座水平刚度的增大而减小,随着环索初拉力和环索截面积的增大而增大。3)随着短轴矢跨比增大,支座水平反力基本不变,而支座竖向反力减小;随着撑杆长度和环索截面积的增加,支座水平反力减小,而支座竖向反力增加;随着环索初拉力的增大,支座水平反力、支座竖向反力值减小;随着支座水平刚度的增大,支座水平反力增大,而支座竖向反力减小。     

荷载初偏心对K6型网壳稳定性的影响研究

为研究荷载初偏心对单层球面网壳整体稳定承载力的影响,首先提出了初偏心荷载的施加方法及其在有限元程序中的实现步骤;接着以K6型单层球面网壳为研究对象(矢跨比f/L分别为1/3、1/4、1/5、1/6和1/7),考虑了5种荷载工况(满跨对称荷载,半跨非对称荷载p/G分别为0.75、0.50、0.25、0),系统地研究了不同初偏心荷载(μ_e分别为0、5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm和35mm)对网壳稳定承载力的影响规律;然后探讨了网壳在初偏心荷载作用下的失效机理。通过200例网壳算例分析,结果表明:对于矢跨比为1/4～1/7的网壳,随着荷载初偏心的增大,网壳的稳定承载力近似线性降低;当荷载初偏心较小时,满跨荷载作用下大矢跨比网壳的稳定承载力低于不对称分布的情况;当荷载初偏心较大时,情况正好相反。随着荷载初偏心的增加,矢跨比愈大的网壳,稳定承载力的降低愈明显,表明大矢跨比网壳对荷载初偏心更加敏感。提出的初偏心荷载施加方法与分析思路可推广至其它类型的空间网格结构中。     

地基及支承结构协同变形对椭圆形单层网壳结构温度效应的影响

温度作用效应对大跨结构性能的影响已经倍受关注,然而目前的研究主要集中在单独的钢结构上,忽略了下部支承结构及地基的温度作用对上部钢结构温度效应的影响。以一单层网壳为例,建立包含下部混凝土结构及地基整体模型,研究下部支承结构及地基的整体协同变形作用对单层网壳性能的影响规律。通过不同工况对比发现,合理地考虑下部支承结构的协同变形可以有效减小上部单层网壳的位移50%以上、应力60%以上以及支座水平反力80%以上;考虑地基的协同变形作用后可进一步减小杆件的最大应力17%,支座最大径向反力减小了66%,环向最大反力减少了63%,竖向最大反力减小了72%;考虑地基的非均匀温度与均匀温度相比,只能较小幅度地减小上部单层网壳节点的最大Z向位移和合位移,对单层网壳其他力学性能几乎没有影响。     

旋转正弦曲面单层网壳的静力及稳定性分析

针对以正弦半波曲线为母线旋转而成的正弦曲面单层网壳,首先对其进行静力分析,找出内力分布及变形规律;然后对其稳定性能进行参数分析,包括矢跨比、初始几何缺陷、荷载不对称分布、节点选取方式以及正弦函数幅值对网壳极限承载力的影响。研究表明:同截面下,网壳最大轴力一般发生在次外环的环向杆件上;矢跨比对网壳的稳定承载力影响显著且具有良好的规律性;当初始几何缺陷超过L/600时会改变整个网壳的受力形式,必须加以控制;结构对荷载不对称作用不敏感;采用等弦长正弦曲线网格划分方式网壳极限荷载值最大;网壳的极限承载力随正弦函数幅值增大先增大后趋于稳定。     

多次预应力钢网壳屋盖设计中应注意的几个问题

多次预应力钢网壳是一种新型高效空间结构体系.本文通过攀枝花体育馆网壳屋盖的设计实践,探索了在先进的大跨网壳结构中两次引入预应力,对其荷载作用下的内力与变形进行控制,以降低基本结构的峰值应力;在预应力作用下,预加力节点汇交杆的应力集中;预应力节点的构造设计;支座约束模式对网壳杆件内力的影响以及预加力的合理取值等问题.可供设计这种先进结构时参考.     

一种由索穹顶与单层网壳组合的空间结构及其受力性能研究

提出了一种由索穹顶与单层网壳组合的空间结构形式,该结构不仅充分利用了索穹顶的受力特性,而且发挥了单层网壳便于铺设刚性屋面板的优势。给出了葵花型、肋环型、Kiewitt型、鸟巢型4种索穹顶结构与相应网格布置的单层网壳的组合结构形式,结构顶部可采用封闭和开口两种形式。定义了索穹顶与单层网壳之间连接杆的荷载传递系数、索穹顶和单层网壳的支座竖向反力分配系数。以葵花型索穹顶与单层网壳的组合结构为例,探讨了结构在均布荷载和集中荷载作用下的受力性能以及结构的矢跨比、预应力水平、网壳杆件截面等参数对结构受力性能的影响。计算结果表明,外荷载越小、矢跨比越小、预应力水平越大和网壳杆件截面越小,索穹顶承担的外荷载比例越大。     

杆件初弯曲及偏心对单层柱面网壳稳定承载力的影响研究

单层网壳属于缺陷敏感型结构.为理清杆件初弯曲及杆件偏心对单层柱面网壳稳定承载力的影响程度,对1500余例缺陷网壳进行了双重非线性分析,深入研究了两者对网壳稳定承载力的影响程度与规律.研究表明,杆件初弯曲对网壳稳定承载力的影响程度与矢跨比有关,对于文中算例,矢跨比为1/6的网壳的承载能力对杆件初弯曲较为敏感,而其他矢跨比网壳对此不敏感;随着矢跨比的减小,极限荷载的变异系数先增大后减小.杆件偏心对网壳极限荷载的影响程度也有矢跨比有关,杆件偏心对矢跨比为1/6的网壳的极限荷载影响最为显著;网壳的稳定承载能力与杆件偏心的分布形式及大小均有紧密关系.