螺栓球节点试验及在单层网壳结构中的应用性

为充分利用螺栓球节点的抗弯刚度,实现其在单层网壳结构中的应用,针对螺栓球节点开展力学试验研究,配合以精细化的有限元分析,获得节点的抗弯性能,并采用弯矩-转角关系来描述.利用ANSYS程序,采用弹簧单元模拟节点弯曲与扭转性能并将试验获得的弯矩-转角关系引入节点属性中,构建了螺栓球节点单层网壳的有限元模型.在此基础上系统开展了网壳结构的稳定性能研究.结果显示:采用螺栓球节点的网壳对于荷载不对称分布较为敏感,而且失稳过程中总伴随有节点的弯折效应;单层球面网壳的极限承载力最低可达到对应刚性节点网壳的32%,最高则超过98%,而单层柱面网壳则仅为10%,这表明此类节点可以应用在单层球面网壳中,但不宜在单层柱面网壳中采用.     

充气式张弦穹顶结构静力性能与稳定性研究

基于Tensairity结构概念设计了跨度80m的充气式张弦穹顶结构,建立了精细化的有限元模型,实现了零状态、初始态和荷载态的全过程数值模拟,分析了结构在不同工况下的静力性能和稳定性。研究表明：该结构体系具有良好的静力性能和稳定性,内压在1~4kPa范围内即可保证充气气囊对刚性构件的支撑作用;整体结构没有出现明显的弹性失稳问题,导致结构失效的主要原因是构件的材料破坏和膜材的应力松弛;当内压较低时,结构因上层膜面松弛而失效;当内压较高时,结构因刚性上弦大范围进入塑性状态而破坏。自振特性分析表明,该结构的整体刚性较大,但绕中心轴的抗扭刚度较为薄弱。     

半刚性节点单层球面网壳结构的抗震性能及其设计方法

由单根或多根螺栓现场拼装而成的半刚性节点单层球面网壳逐渐受到工程设计人员及一些学者的关注。这种节点具有一定的弯曲刚度和扭转刚度,是介于刚接和铰接节点之间的一种半刚性节点。利用文献中的弯矩-转角曲线对凯威特型半刚性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、地震动、节点弯曲刚度等参数的变化规律;通过大规模参数分析,采用基于包络响应的地震内力系数统计方法,给出凯威特型半刚性节点单层球面网壳考虑杆件弯矩影响的地震内力系数取值;提出基于地震内力调整系数的凯威特型半刚性节点单层球面网壳的实用抗震设计方法,可为工程设计提供参考。     

大庆市奥体中心体育馆屋盖结构选型及设计

大庆市奥体中心体育馆屋盖结构采用主要由立体拱桁架组成的多层次传力的复杂空间受力体系,并引入幕墙桁架参与主结构受力,体现了结构技术与建筑艺术完美结合的特点。依据建筑造型要求和下部支承条件,对所提出的3种屋盖结构方案进行概念设计选型,并对优选出的方案进行计算分析,通过对比各种设计指标最终得到最优的结构方案;最后根据选型得到的结构方案进行结构设计。结果表明:该结构方案不仅能够完全满足建筑造型及使用功能要求,而且受力合理、经济性较好。     

某大学体育馆钢结构设计

某大学体育馆钢结构屋盖采用空间管桁架-双层网壳复合结构体系。基于该馆的建筑造型、结构受力性能、经济性指标等因素进行结构选型分析;结合下部混凝土结构,介绍空间管桁架-双层网壳复合结构的设计分析过程、结构受力特点、杆件及节点设计等。整个设计过程和设计方法及节点构造可供同类工程参考。     

大连体育中心体育场罩棚结构设计与分析

大连市体育中心体育场罩棚结构采用骨架支承式ETFE气枕膜结构,气枕覆盖面积超过德国安联球场,是目前国内规模仅次于"水立方"的ETFE气枕膜建筑,对其骨架支承结构和气枕结构的设计与分析进行了详细的介绍。首先根据各荷载工况对钢桁架结构的静力性能和动力特性进行了详细分析,在此基础上采用反应谱法和时程分析法对钢桁架结构分别进行了多遇地震和设防烈度地震作用下的结构响应分析,并进行了罕遇地震作用下的动力弹塑性时程分析,指出结构具有足够的强度和刚度储备;然后对该钢桁架结构进行了考虑几何非线性和材料非线性的稳定性分析,结果表明结构稳定性能良好,满足规范要求;最后对气枕结构基本参数的确定、计算与分析以及节点构造做了详细介绍。     

均布荷载作用下单层球面网壳的弹塑性失稳模式研究

为揭示单层球面网壳结构在静力均布荷载作用下的失稳模式与失效机理,预测结构可能发生的破坏模式和承载能力,基于双重非线性全过程分析理论,采用ANSYS软件对典型球面网壳结构开展稳定性参数分析,系统考察结构的荷载-位移全过程曲线、塑性发展分布、屈曲模态等特征响应。并以典型算例为代表,从宏观和微观两个方面诠释了单层球面网壳结构可能发生的3种失稳模式:弹性失稳、弹塑性提前失稳、弹塑性失稳。指出弹塑性提前失稳是由于结构强度破坏诱发的一类承载力偏低的失稳模式,为提高结构安全性,在网壳稳定性设计阶段中应避免出现此类失稳模式。     

黑龙江省新博物馆树状结构形态创建与稳定性分析

树状结构是一种具有形态统一特征的新型空间结构形式，特别适用于展览馆、航站楼等大型公共建筑中。以黑龙江省新博物馆自然展区树状结构为例，详细介绍该结构的形态创建过程，通过对单柱方案和六柱方案的比较分析，获得了具有良好建筑效果且受力合理的空间结构形式；对该树状结构进行非线性全过程分析，考察结构的失稳模式，指出对于这种复杂空间刚架体系，整体稳定性分析应同时考虑几何非线性和材料非线性；探讨构件计算长度系数的确定方法，指出树状结构的杆件计算长度系数无法参照规范规定，而应通过对整体模型中的杆件失稳模态分析确定；最后，采用基于整体模型的屈曲分析方法给出各级分枝的计算长度系数取值建议。     

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。