单层球面网壳的优化设计

提出了针对单层球面网壳结构的一种优化设计方法,它是一种以网壳的总造价为目标函数,取网壳的网格数、矢高、杆件截面面积和节点体积作为优化设计变量,采取直接搜索法与准则法相结合的优化设计方法.基于用Fortran90软件编制的优化设计程序,对单层球面网壳结构进行了大量的计算,用回归分析得出网壳最优网格数、矢高、杆件截面面积和节点体积,同时使杆件面积规格化,以便直接用于实际工程.     

单层球面网壳的优化设计

提出了单层球面网壳结构的一种优化设计方法 ,它是一种以网壳的总造价为目标函数 ,取网壳的网格数、矢高、杆件截面面积和节点体积作为优化设计变量 ,采取直接搜索法与准则法相结合的优化设计方法 .基于用 Fortran90软件编制的优化设计程序 ,对单层球面网壳结构进行了大量的计算 ,用回归分析得出网壳最优网格数、矢高、杆件截面面积和节点体积 ,同时使杆件面积规格化 ,以便直接用于实际工程     

互承式空间网格结构找形方法研究

互承式空间网格结构是一种以杆件相互搭接为特征的杆系结构，具有连接构造简单、富于韵律美感的特点。由于互承式空间网格结构的形状受杆件搭接关系的影响，因此该类结构设计中的关键问题是找到同时满足杆件搭接关系和建筑造型要求的结构形状。为此，推导了杆件搭接系数，实现了对杆件搭接关系的量化描述，采用二分法实现了杆件搭接过程的数值模拟。基于结构实际搭建过程，提出一种互承式空间网格结构找形方法。该方法按照一定顺序依次提升平面互承网格的每个杆件节点，通过反复迭代使所有节点满足设定的杆件搭接系数，从而实现互承式空间网格结构的循环搭接找形。算例分析表明：所提方法的计算效率明显优于已有基于结构优化算法的找形方法，杆件搭接系数、旋转角度和网格疏密程度是影响互承式空间网格结构形状的主要参数，调整这些参数能够使结构整体形状趋近建筑造型要求。     

球面巨型网格结构动力特性及抗震分析

在分析巨型网格结构的特点及研究状况的基础上,应用有限元理论和子空间迭代法求得球面巨型网格结构的自振频率和搌型,并讨论矢跨比、结构跨度、结构约束、立体桁架梁高度、荷载大小、杆件截面等参数对巨型球面网格结构基频的影响,应用振型分解反应谱法进行抗震计算,并对结构杆件动、静内力比值进行比较。     

网格结构受屈曲影响压杆套管加固法研究及工程应用

大跨屋盖体系中存在大量的正在服役使用的网格结构,其鉴定、诊断、加固、维修技术已成为加固技术研究的热点之一。网格结构加固中常常会遇到杆件的强度满足要求而稳定性不满足要求的问题。常规的替换杆件加固法或焊接增大截面加固法均存在施工风险大、工期长的问题。为减少对建筑使用功能影响,负载条件下进行加固并尽量减少施工现场作业成为网格结构压杆稳定性加固中亟待解决的问题。结合某屋盖网格结构加固工程,课题组提出了一种解决网格结构压杆稳定性不足的套管加固法,采用屈曲-接触力学理论推导和试验校核相结合的方法,针对加固后不同的破坏机理,建立相应的力学模型,分析内管及套管的屈曲变形特征、接触传力机制及套管与内管的共同工作机理。在此基础上提出套管加固后压杆稳定承载力的计算公式,为工程应用及规范制定提供科学依据。套管加固法减少了网架结构加固中的杆件拆除及焊接作业,降低施工风险,缩短施工作业时间,取得了良好的社会与经济效益,可为类似改造工程提供借鉴。     

杆件撤除对空间网格结构影响的实用计算法

基于矩阵位移法，本文提出了用于分析杆件撤除对空间网格结构影响的简化方法。与以往不同，本法仅将杆件撤除现为在原结构上增加荷载工况，因此无需重建总体刚度矩阵，即可用于分析杆件撤除对结构的影响。本法的计算速度比矩阵位移法加快平方信。算例表明，两种方法的计算结果一致。     

空间网格结构近似有限元模型分析

空间网格结构是按一定规律布置的杆件、构件通过节点连接而构成的空间结构。由于空间网格结构杆件众多,为提高构件某方向的刚度往往会采用变截面设计。抽象出简洁而合理的力学模型可以大大提升数值分析的效率。文章从三个优化方向进行对比分析,得出简化空间网格结构有限元模型的思路。     

基于系统状态方程的空间网格结构鲁棒性指标

提出了一种基于系统状态方程的空间网格结构鲁棒性指标,该指标主要结合现代控制理论中矩阵元素摄动的敏感性原理,将具有局部损伤网格结构的鲁棒性评判转化为系统矩阵特征值对矩阵元素摄动的敏感性分析.以正放四角锥网架结构为具体的分析对象,计算了单个杆件损伤情况下网格结构的鲁棒性指标,比较分析了不同杆件的损伤对结构鲁棒性的影响程度.进一步计算了单个杆件损伤情况下网格结构的剩余影响系数,并比较得到两种鲁棒性评价指标具有较吻合的评价结果,从而验证了本文所提出的鲁棒性指标的有效性.     

大跨度单层空间网格结构抗连续性倒塌分析

大跨度单层空间网格结构冗余度小,对缺陷比较敏感,施工效应的影响大,某些关键杆件的失效极易引起结构连续性倒塌。基于能量平衡原理,考虑构件失效前结构的已有变形,建立了空间网格结构及构件的能量平衡方程,推导出结构抗力与构件抗力的关系式。根据单层空间网格结构的失效模式,构建结构抗连续性倒塌的子结构模型,分析大跨度单层空间网格结构的抗连续性倒塌机制,即梁机制、拉结机制、梁-拉结相关机制以及压杆机制,提出了相应机制下抗力需求的理论计算方法和抗力-位移曲线,并通过数值算例分析验证了所提方法的正确性。此外,对备用荷载路径法进行了修正,提出用于抗连续性倒塌分析的考虑施工效应的等效荷载卸载法,将该方法通过算例进行验证后应用于世界大学生运动会主体育场结构的抗倒塌分析中,结果表明该方法更加接近实际,结果更为可靠。单层空间网格结构的抗倒塌机制在杆件失效后的内力重分布过程中发挥重要作用,世界大学生运动会主体育场结构具有较好的抗连续性倒塌性能。     

风雨操场单层球面网壳的设计与研究

单层球面同壳以其造型美观、构造简洁赢得了广大工程设计人员的青睐，但是传统的球面网格划分方法造成杆件和屋面板类型较多、费用较高而影响了这种结构的应用。笔在山西省财政税务专科学控风雨操场屋盖网壳的设计中，对试一壳的网格划分进行了研宄，使杆件和星面板类型达到最少，取得了良好的建筑和经济效果，开辟了这种结构应用的新途径。     

某体育馆双层柱面网壳结构的优化设计

系统介绍了某体育馆双层柱面网壳结构的优化设计。通过APDL语言在ANSYS环境中利用满应力方法实现不同工况下杆件截面的离散变量优化,并分析截面优化的稳定性、收敛性与可靠性。利用遗传算法在MATLAB环境中实现网格类型、网格数、厚度、矢高的正整数变量优化。联合利用上述方法编制相关程序,实现了结构的多变量的综合优化,取得了较理想的优化效果。该种方法对空间网格结构优化设计具有通用性。     

自由曲面单层网格的智能布局设计研究

单层网格结构的网格划分标准不同于有限元网格的划分,它更侧重于以定性要求为标准的网格质量评价。为满足自由曲面单层网格杆件长度尽量一致、分布尽量均匀、过渡尽量流畅的要求,以自由曲面优化找形为前提,基于网格形状和单元长度的网格质量衡量标准,编制智能化网格设计程序。在整个布局设计过程中,首先通过拓扑不变的原则将空间问题转化为平面问题。其次,利用空间映射原理将在平面参考域上布置好的网格映射回三维空间曲面。最后,通过对初始拓扑网格进行智能化的修正和优化,保证所有杆件长度一致、网格布置美观的效果。通过在上海世博轴阳光谷工程中的实际应用证明,该方法操作简单,效果理想。且若采用不同拓扑关系布置的网格可以生成同样要求的最终杆件布置效果,供建筑师设计选用。     

恩施青云崖游客中心钢结构设计

恩施青云崖游客中心采用钢框架+单层平板网格屋盖结构体系,对其结构设计中的方案选择、屋盖杆件受力和验算、结构极限承载力、关键部位加强构造措施等进行分析研究。结果表明,菱形网格柱可较好地满足建筑及整体刚度要求,平板网格结构杆件可忽略轴力影响按受弯构件设计,整体结构具有较大安全冗余度,且符合喇叭柱重要构件破坏滞后一般构件的概念设计;加强构造措施能有效保证计算假定实现和结构安全。     

空间网格结构振型分解反应谱分析合理振型数研究

以钢管桁架、平板网架、双层球面网壳及双层柱面网壳等常用空间网格结构为研究对象,采用振型分解反应谱法进行地震反应分析,分别按《空间网格结构技术规程》及振型质量参与系数累积达到90%确定参与组合的振型数量,通过对所得网格结构杆件动应力相对误差的比较,确定采用振型分解反应谱法进行空间网格结构地震反应分析时所需参与组合的合理振型数量.     

网架结构的竖向地震研究

网架结构是杆件按照一定的规律布置,通过节点连接而成的网格状空间杆系结构。网架结构由处在两个平面内的杆件组成,形成平行的上弦与下弦,其间以腹杆与竖杆相连。目前,网架结构的抗震分析方法主要有振型分解反应谱法、随机振动方法和动力时程分析法。利用结构有大型限元分析软件SAP2000对三个不同跨度的正放四角锥网架结构进行分析,研究了网架的跨度的变化对自振特性及杆件内力的影响。     

体内张拉成形空间网格结构静力试验研究

与传统桁架结构不同,体内张拉成形空间网格结构通过张拉下弦管内钢索使结构成形,成形后结构上弦弯曲,呈现自平衡状态。完成了体内张拉成形空间网格结构1∶10缩尺模型的成形及静载试验,研究结构在受荷过程中杆件应力和节点位移的变化规律,结构成形阶段以弯曲应变为主,受荷阶段以轴向压应变的增加为主。结果表明分次分批张拉方案切实可行,面向工程实际的张拉方法可为该类结构的设计施工提供指导。荷载作用下结构整体竖向位移很小,预应力的施加提高了结构的刚度。确定上弦截面最不利杆件位置,建议在设计中采取加强措施。     

在役空间网格结构的安全监测与杆件变形指标研究

空间网格结构是城市公共建筑的主要结构形式之一,在市民公共生活或交通生命线中发挥着至关重要的作用,其安全保障具有重要的社会与工程意义。综述了在役空间网格结构安全保障的研究现状与工程技术,对现行标准规范GB/T 50621—2010《钢结构现场检测技术标准》等内容中针对既有空间网格结构检测监测的12项检查指标进行总结归纳;深入讨论频发的杆件弯曲变形缺损及其对结构安全产生的明显影响;通过介绍三维激光扫描、数字图像法多视角几何三维重建以及逆向工程技术在弯曲变形杆件的检出与定量测量中的应用,为杆件弯曲变形损伤的单次检测与长期监测提供新的思路。     

多维多点输入下大跨空间网格结构的可靠度分析

本文同时考虑地震动两个水平向和一个竖直向共三个平动分量,并考虑了地震动场的空间相关性,在虚拟激励反应谱法的基础上,对大跨空间网格结构进行了多维多点输入和多维一致输入下的抗震可靠度分析。考查了两种输入方法下危险杆件在结构分布、数量等方面的差异以及危险杆件随结构跨度、视波速的变化关系。     

台州电厂干煤棚折线形网状筒壳的选型与结构分析

本文对电厂干煤棚结构的选型原则作了详细介绍，结合台州发电厂干煤棚实际情况，提出了纵向逞折的折线形网状筒壳结构形式。通过计算分析表明，这种结构形式比一般光面网状筒亮具有更大的刚度，杆件内力显著降低，能取得较好的经济效益。与此同时，文中对台州电厂干煤棚网壳的杆件布置、网壳两则开洞方法、网格的划分以及节点形式作了全面的介绍。本文还采用空间网格结构自动分析CAD系统对台州电厂干煤棚进行了结构分析和设计，得到了有价值的结论。     

球面网壳结构的平面四边形网格划分

针对球面网壳四边形网格划分中四个角点不易处于同一平面的问题,从三点确定一个平面的最基本几何原理出发,提出一种平面四边形网格作图方法,得到的四边形网格不仅处于同一平面而且杆件长度均一致.通过改进四边形网格的划分方法,得到的平面四边形网格与球面的偏差更小.力学性能分析表明,减小四边形网格网壳节点到球面的偏离距离能提高球面网壳结构的承载力.最后将改进四边形网格划分法与国外采用的表面平移法进行比较,发现改进四边形网格划分法不仅能减少节点偏离距离而且能扩大网格划分的曲面范围.