随机杆件初弯曲对K6型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,初始缺陷对其稳定承载力影响较复杂。为研究随机杆件初弯曲对网壳整体承载力的影响,以K6型单层球面网壳为对象,推导了实现具有杆件随机初弯曲网壳的相关公式,并详细阐述了其在有限元程序中的实现方法,分别研究了杆件初弯曲幅值、弯曲方向角及二者耦合作用对网壳结构稳定承载力的影响程度。主要得出如下结论:当初弯曲幅值δ取为确定值l/1 000时,与理想网壳相比,承载力下降5%左右;当δ取为确定值l/250时,承载力下降14%左右。与随机初弯曲幅值相比,初弯曲方向角对网壳结构稳定承载力的影响较小。同时考虑弯曲幅值与弯曲方向角的随机性时,杆件初弯曲对网壳稳定承载力的影响更为显著。推导的建模公式及其有限元方法可推广至其它类型的空间网格结构中。     

随机初始缺陷对单层球面网壳承载力的影响研究

单层球面网壳属缺陷敏感型结构。为研究杆件初弯曲、节点偏差及二者耦合作用对单层球面网壳整体稳定承载力的影响,首先推导了实现杆件初弯曲的相关算式,并阐述了其有限元实现方法;然后采用3种建模方法,分别研究了随机杆件初弯曲、随机节点偏差及二者耦合作用对网壳稳定承载力的影响程度。计算结果表明:随机杆件初弯曲对网壳的稳定承载力有显著影响,与理想网壳相比,当δ=l/1 000(l为杆件长度)时,极限荷载平均下降了约16.3%,且服从正态分布;随机节点偏差越大,网壳的极限荷载越小,离散性越大;杆件初弯曲与节点偏差耦合作用对网壳稳定承载力影响显著,对于所考虑的最大初弯曲幅值与节点偏差,极限荷载下降了17.8%~27.2%;权衡精度与计算量,研究具有杆件初弯曲网壳的稳定承载力时,宜采用8~10根等代直梁等代每根初弯曲杆件。     

随机节点位置安装偏差与杆件偏心对单层球面网壳承载力的影响研究

单层球面网壳属于缺陷敏感性结构,其稳定承载能力受各种缺陷影响。为量化节点位置安装偏差缺陷、杆件对节点的偏心缺陷及其二者耦合作用对网壳稳定承载力的影响程度,对1 000个随机产生的K6型单层球面网壳展开深入研究。首先提出了能够考虑随机节点安装偏差、随机杆件偏心的力学模型,然后阐述了两种随机缺陷在数值计算中的实现方法,最后获得了不同大小的节点安装偏差、杆件偏心距对单层网壳稳定承载力的影响程度与规律。计算结果表明:节点安装偏差对网壳极限荷载的影响更为显著,杆件偏心对极限荷载的影响相对较小;当节点安装偏差较小时,杆件偏心对网壳极限荷载的影响更为显著;节点安装偏差相同时,杆件偏心越大,网壳极限荷载越小。当最大节点安装偏差R₁=2 cm、最大杆件偏心R₂=10 mm时,缺陷网壳的极限荷载较理想网壳平均下降了10. 94%;当R₁=4 cm、R₂=10 mm时,极限荷载平均下降了16. 43%。     

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.     

K6型单层球面网壳的弹塑性稳定

本文有计划地对1200余例实际尺寸的K6型单层球面网壳进行了双重非线性全过程分析,求得了它们的极限承载力,系统地考察了初始缺陷和荷载不对称分布等因素对网壳性能的影响,并重点讨论了材料非线性对网壳极限承载力的影响.通过这种大规模参数分析研究,较全面了解了K6型单层球面网壳弹塑性稳定性能的规律,在此基础上对以往仅考虑几何非线性的网壳极限稳定承载力实用公式进行了修正.     

K6型单层球面网壳弹塑性稳定极限承载力的杆件灵敏度分析

利用蒙特卡洛模拟技术以及基于Spearman秩相关系数的灵敏度分析方法,对工程常用的16种K6型单层球面网壳进行了参数分析.利用ANSYS进行了64000次双重非线性模拟运算并对计算结果进行了统计分析,得到了其弹塑性稳定极限承载力对于所有杆件的灵敏度值.总结了K6型单层球面网壳不同位置杆件对其弹塑性稳定极限承载力的影响规律,并对计算分析结果进行了验证.     

K6型单层球面木网壳稳定承载力非线性分析

针对4组不同节点构造、矢跨比的木结构网壳试验模型,采用ANSYS软件中的Beam189非线性梁单元模拟连接节点的半刚性特征,开展基于多段梁模型的网壳承载力全过程非线性有限元分析。通过对比有限元与试验结果在荷载 位移全过程曲线、破坏模式以及极限承载力等方面的吻合度,判断多段梁方法在木结构网壳稳定性分析上的可行性。研究发现：多段梁方法与试验结果较吻合,多段梁分析方法可有效揭示木网壳的破坏机理;矢跨比是影响单层木网壳破坏形式的主要因素,大矢跨比易出现强度破坏,小矢跨比易出现稳定破坏,节点刚度对小矢跨比模型的影响程度更加明显;弹塑性分析时,木结构网壳的极限承载力建议按弹性多段梁有限元分析承载力的40%取值。研究成果以期为木网壳非线性稳定承载力的进一步研究提供借鉴。     

K8型单层球面网壳的弹塑性稳定

对1 200多例实际尺寸的K8型单层球面网壳进行双重非线性全过程分析,求得它们的极限承载力,并系统考察初始缺陷和荷载不对称分布等因素对网壳稳定性能的影响,重点讨论材料非线性对网壳极限承载力的影响。通过这种大规模参数分析研究,较全面揭示K8型单层球面网壳弹塑性稳定性能的规律性,在此基础上对以往仅考虑几何非线性影响的K8型网壳极限承载力实用公式进行修正。     

杆件截面对单层网壳结构的影响

运用非线性有限元方法，对不同外径、不同壁厚的网壳承载力进行了计算研究，描述了杆件截面对网壳结构稳定性影响和变化的规律，得出了工程设计中杆件截面选择的建议。     

具有随机几何缺陷的大跨度单层球面网壳稳定性分析

网壳结构的稳定性是单层网壳结构设计中的关键问题。采用改进随机缺陷法对一大跨度K8型单层球面网壳进行随机缺陷稳定性分析,并研究非线性（几何非线性、材料非线性）、缺陷最大值等因素对单层网壳承载能力和临界荷载分布规律及其统计参数的影响。结果表明,单层球面网壳的临界荷载对曲面形状的安装偏差非常敏感,初始几何缺陷的影响非常大。缺陷最大值的增大将会使样本的最大值、最小值、均值及设计临界荷载显著下降,缺陷最大值对样本均方差的影响较复杂。材料非线性对大跨度单层球面网壳极限承载力的影响比较显著和复杂,对同一样本的影响有规律可循,但在不同样本之间没有必然的联系,在单层网壳结构设计中进行弹塑性稳定性分析是非常必要的。     

K6型单层球面网壳的自振特性分析

选用实际工程中应用较为普遍的K6型单层球面网壳作为重点研究对象，计算了多种工况（不同的矢跨比、荷载、支座条件）对网壳结构自振特性的影响，对K6型网壳结构的自振特性做了较为系统的研究，以得到K6型网壳结构的自振规律。     

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。     

单层球面网壳的稳定性

本文有计划地对400余例实际尺寸的单层球面网壳进行了非线性全过程分析。求得了它们的析限承载力。系统地考察了初始缺陷和荷载不对称分布对网壳性能的影响，通过这种大规模参数分析方法，掌握了单层球面网壳稳定性能规律性，在此基础上提出了供设计人员使用的实用公式。     

某单层肋环形球面网壳结构的整体稳定分析

整体稳定分析问题一直是球面网壳设计中的关键问题。理论分析和工程实践表明:网壳结构的设计通常受其稳定性控制。网壳结构的整体稳定分析主要有三种:屈曲分析、弹性整体稳定分析和弹塑性整体稳定分析。本文借助有限元分析软件ANSYS,以某单层肋环型球面网壳为代表,对其进行屈曲分析、弹性整体稳定分析和弹塑性整体稳定分析,同时深入研究不同缺陷模式对整体稳定性能的影响。研究发现,单层球面网壳前六阶屈曲模态的整体稳定系数相接近,且出现相邻的重模态现象;最低阶屈曲模态缺陷对网壳结构的弹性整体稳定承载力影响最大,但对其弹塑性整体稳定承载力的影响未必最大,故有必要考察相邻的较低阶屈曲模态缺陷对网壳结构的影响。     

某工程单层椭圆锥面网壳中竖向杆件计算长度的探讨

杆件计算长度是结构设计中的一个重要概念,与该杆件的稳定性控制有密切关系。一般情况下杆件计算长度可参考规范得出本介绍了一种规范未作规定的特殊条件下杆件计算长度问题,并采用铁摩辛柯－里兹法进行了分析。该方法精度较好,适用性强,可供手算,对风类问题具有很好的借鉴意义。     

单层球面网壳稳定性分析

采用大型通用有限元软件ANSYS建立了肋环斜杆型单层球面网壳有限元模型,对其在半跨均布荷载条件下进行稳定性分析,分别用一个单元模拟一根杆和两个单元模拟一根杆分析,将两种结果进行比较,包括各种稳定性系数大小变化、稳定性态变化、缺陷的模式、敏感性等,说明不同类型稳定性的特点,得出一杆两单元考虑了构件自身稳定和整体稳定的耦合,求解的临界荷载因子更加准确。     

单层球面网壳结构的弹塑性稳定分析

考虑结构的几何非线性和材料的弹塑性,对一个K6型单层球面网壳进行稳定性分析。通过对比分析发现,此结构的弹塑性稳定承载力约为其弹性稳定承载力的50％,材料的弹塑性对不对称荷载作用下的稳定承载力的影响更显著。     

考虑节点域轴向滑移刚度的K6型单层球面木网壳稳定性分析

利用ANSYS软件中的Combin39非线性弹簧单元模拟木网壳节点域的各向连接,建立K6型单层球面木网壳模型,开展全过程稳定性分析,分析节点域轴向滑移刚度对网壳整体稳定性的影响.结果表明:考虑节点轴向滑移变形易造成网壳整体竖向刚度下降,部分木杆件由轴向受力转化为弯屈受力为主,最终影响到网壳的破坏模式及极限承载力;节点处...     

单层柱面网壳失稳区域预测及稳定承载力优化

网壳结构的极限承载力往往由其稳定性能所决定.从杆系结构在失稳前的受力状态分析出发,构建了以杆件的拉压刚度和杆件与节点切平面夹角乘积之和的网壳杆件构形刚度参数.通过对两个不同矢跨比柱面网壳的分析表明,考虑初始几何缺陷后,柱面网壳结构的失稳点发生在杆件构形刚度参数最小的区域;加强杆件构形刚度参数最小区域的杆件截面可以快速提高网壳的稳定承载力,且用钢量较为经济.所构建的柱面网壳杆件构形刚度参数以及衡量稳定加强效果的指标可以较好地预测失稳区域以及指导柱面网壳结构稳定承载力的优化设计.     

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。