自由曲面单层三角形网格结构抗震性能研究

自由曲面单层空间网格结构作为一种新型结构形式,以其流畅自然的线条、灵活多样的结构形态,广泛应用于各类大型公共建筑中。自由曲面结构通过结构应变能为优化目标,节点坐标为优化变量进行曲面形状优化,以达到较好的静力性能,但优化后曲面的抗震性能,目前还缺乏了解。以自由曲面单层三角形网格结构为例进行结构形态优化研究,通过时程分析法研究优化后自由曲面网格结构在罕遇地震作用下的动力响应,总结其抗震性能。研究结果表明:经过形态优化后网格结构的静力性能得到很大提高;罕遇地震作用下,优化后网格结构最大位移出现位置由中部靠下部位转移到中部靠上部位,且3个方向的最大位移数值均小于优化前的网格结构;网格结构最大等效应力和最大轴向压应力都有一定幅度下降,网格优化和光顺化主要影响的是地震作用下结构的竖向位移,且优化后在El Centro地震波作用下结构最大竖向位移减少近25%,表明形态优化有效提高了自由曲面单层空间网格结构在罕遇地震下的抗震性能。     

自由曲面索支撑空间网格结构形态优化

索支撑空间网格结构是一种新型的单层网壳形式,主要应用于玻璃采光顶结构中。由于目前对自由曲面索支撑空间网格结构形态方面的研究国内外还相对较少,为此提出了一套适用于该类结构的形态优化方法。该优化方法采用结构整体应变能为优化目标、结构高度为优化变量、共轭梯度法为优化算法。根据索支撑空间网格结构的建模方法,将优化结构整个曲面转化为优化结构的准线和母线。采用该方法对自由曲面索支撑空间网格结构进行形态优化研究,得到结论如下:首先,采用本文形态优化方法,收敛速度快,形态优化后结构的力学性能提高很大;其次,形态优化过程中平面四边形网格属性不变,优化变量少;最后,对优化后的离散网格重新进行拟合生成曲面,对该曲面重新划分网格,保证网格长度相等。重新划分网格为结构构件加工和施工提供了便利,而且结构力学性能削弱不大。     

考虑结构缺陷敏感性影响的单层空间网格结构形态优化研究

自由曲面单层空间网格结构以总应变能为优化目标时,优化后的结构以轴向应变能为主而弯曲应变能极小,结构承载能力较高;但在考虑初始几何缺陷影响后,其承载力会大幅下降,结构对初始几何缺陷异常敏感,经过形态优化后的结构实际承载力并不高。为此,提出以结构弯曲应变能比例作为约束条件的单层网格结构形态优化方法。该方法通过控制优化终止时结构内部弯曲应变能比例,调节结构弯曲应变能和总应变能比例关系,降低优化后结构对初始几何缺陷的敏感性,可得到考虑初始几何缺陷后仍具有较高承载力的结构形态。自由曲面单层空间网格结构数值算例表明,优化后结构在考虑初始几何缺陷后,其承载力相比传统优化方法有较大提高,证明了所提方法的可行性。     

自由形态空间网格结构建模技术研究综述

自由形态空间网格结构是指结构整体几何形态不能用解析函数精确表达或拟合,并能以任何方式自由变化的空间网格结构,具有形式多样化和自由化的特点,但其网格划分存在一定的难度.本文总结以往的研究成果,将其归纳和汇总为三种自由形态空间网格结构建模的思路,然后总结并分析比较了用于自由形态网格生成的典型方法的特点、性能及其应用,总结了网格质量的衡量指标及网格优化方法,同时对曲面造型方法及曲面优化方法进行介绍,最后对自由形态空间网格结构建模技术的发展做出展望.     

空间网格结构基于离散变量的优化设计

空间网格结构离散变量的优化设计是空间网格结构的截面尺寸优化、形状优化、拓扑优化和布局优化的理论基础。本文在建立空间网格结构离散变量优化设计问题数学模型的基础上,分析了空间网格结构离散变量优化设计的特点和算法效率。文中采用相对差商法。对空间网格结构杆件截面尺寸的离散变量优化设计问题进行了研究和探讨。文章最后给出了两个算例,计算结果验证了本文理论的正确性和有效性。     

长江防洪模型大厅结构损伤免疫力及换索分析

将空间网格结构在局部破坏的情况下抗连续性倒塌的能力定义为空间网格结构损伤免疫力。通过对长江防洪模型大厅拱支预应力网架结构的损伤免疫力分析,查明该结构在各种局部损伤情况下所产生的相继破坏的范围。分析结果表明,跨中上下弦杆、跨中节点、支座节点等处于主要传力路径上的构件或节点损伤免疫力相对较小,失效后将产生一定范围的相继破坏,这些部位是结构的薄弱环节。分析为以最小代价提高该结构体系的可靠度提供了指导。     

桥梁结构体系可靠度优化分析探讨

简要介绍了桥梁结构优化设计现状和结构体系可靠度的基本理论,给出以可靠度为约束条件,以一定准则为目标函数的优化模型,从整体到局部逐级分析构件合理可靠度,再从构件到体系验算整体可靠度及目标函数的思路,对桥梁结构体系进行优化分析,为工程实践提供参考。     

基于系统可靠度的结构优化

针对系统可靠度的结构优化问题一直是个十分难以解决的问题。通过对结构系统基于可靠度优化模型的分析,确定了其优化准则,给出其基于可靠度下结构系统处于最优状态的条件;在此基础上,提出两阶段的直接迭代法进行求解,并给出算例。     

管片衬砌结构可靠度分析的优化方法

从结构可靠度指标的几何意义出发,推导了管片衬砌结构可靠度指标计算的优化模型,在此基础上研制了基于复形优化思想的数值计算程序。算例表明,管片衬砌结构可靠度指标优化模型无需功能函数对变量求偏导数,将当量标准正态变量在验算点上的值用原始变量统计特征值和验算点的坐标来表示,就避免了每次迭代时要进行R-F变换,提高了计算效率,且精度较高。该优化模型对功能函数非线性程度高、隐式表示的管片衬砌结构可靠度分析比较适用,为地下结构可靠度分析提供了一种新的选择。     

刚架结构体系可靠度分析与优化设计方法

本文以结构系统的可靠度作为结构优化设计的控制参数 ,利用分支 界约法寻找结构的主要失效模式 ,用条件概率法求体系可靠度并给出了结构体系可靠度的敏度表达式 ,用最佳矢量法求解结构体系可靠度指标约束下的最小重量优化设计问题 ,最后给出平面刚架计算实例 ,结果表明了本文方法的有效性。     

改进的三角锥体系网格结构形状语法规则

网格结构拓扑优化是一个极具挑战性的领域,关于结构节点和单元的增加与删除问题一直难以解决.结构形状的表述(即形状语法)是结构生(合)成理论的关键,是建立结构优化初始模型的基石.为改善优化进程以使结构达到最佳状态,同时加快结构寻优效率,提出改进的三角锥体系网格结构形状语法规则,旨在优化用于生成三角锥空间网格结构的形状语法规...     

深圳大运中心体育馆钢屋盖结构的优化设计

深圳大运中心体育馆所采用的结构形式比较新颖,整个结构相当于将其众多的三角形网格,围绕一个曲面(虚构面)折上折下或折左折右,组成一种创新的结构,称作"空间单层折面网格结构"。本文从结构体系的构成入手,分析了该结构的优缺点,提出了结构体系优化的必要性和改进方法,并从结构的受力、刚度、材料用量等多个方面介绍了结构优化的效果。     

三角锥体系网格结构的形状语法规则的建立

结构生(合)成理论已被初步应用于数值化概念设计中,在平面类桁架结构的生成与实现已有初步成果.以三角锥体系空间网格结构为研究对象,构建用于生成三维空间网格结构的形状语法规则和用于结构优化控制的设计评估准则,将基于性能的计算生(合)成理论由二维受力的平面桁架和桁架梁的设计延拓至三维空间网格结构的数字化生成与实现,旨在构建用于生成三角锥三维空间结构的形状语法规则,为后期的结构优化控制的设计做准备.     

沈阳文化艺术中心单层折板空间网格结构整体模型试验研究

沈阳文化艺术中心主体结构采用不规则单层折板空间网格结构,此结构面内、面外刚度受结构折板构型影响较大,内力分布与整体稳定性对折板构型的变化敏感。因此,对该结构进行了整体模型试验,以考察结构设计的安全性。针对试验模型构型复杂、加载难度大等特点,设计了基于“并联弹簧拉索按刚度分配荷载”的顶面网格加载系统和基于“使用定滑轮实现荷载转向”的侧面网格加载系统,完成对模型竖向恒载、活载与水平风载工况的有效模拟。试验结果表明,在设计荷载范围内,随着荷载的增大,结构位移与内力响应基本呈线性发展,模型竖向荷载向基础的传递主要依靠竖向主构件实现,环向主构件起拉结作用。同时,对模型结构进行了有限元分析,分析结果与试验结果吻合较好,验证了有限元分析模型的合理性与分析结果的准确性。在此基础上,进行了原型结构的稳定承载力分析和出现局部破坏时的抗连续性倒塌分析,证实该结构在设计荷载下具有足够的稳定承载能力和抗倒塌性能。     

广东现代国际展览中心结构设计

本文介绍了广东现代国际展览中心结构设计。重点论述该结构体系的计算模型处理、基础选型以及大跨度预应力空间网架和局部二层大跨度预应力钢筋混凝土楼盖结构体系的优化设计,得到一些有意义的结论。本结构设计的主要特点是:(1)上部预应力网架结构通过两侧的拉杆锚在桩上而形成一个自平衡体系,从而减小支承结构柱的弯矩和剪力;(2)钢柱柱脚铰接的选择对于优化结构受力非常关键;(3)通过在钢柱沿建筑长方向上设置预应力拉索来保证钢柱在该方向上的稳定性。     

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。     

网架结构与空间管桁架结构的特点分析

网架结构和空间管桁架结构作为空间网格结构的主要类型,是空间结构中应用最为广泛的结构形式,该文将对其各自的结构特点进行研究分析。     

Construction process analysis for a single-layer folded space grid structure in considering time-dependent effect

A new long-span space grid structure system, ??single-layer folded space grid?? (SFSG), is applied in the Shenzhen Universiade Stadium. Compared with regular single-layer grid, the out-of plane stiffness and bearing capacity of the structure is improved with bending and uplifting of the structural units in SFSG, and the span capacity of the structure is then enhanced. Because of the large structural dimension, the construction process including assembling, closure and brace-unloading should be divided into many stages. As a result, there is very strong time-dependent effect for the structural stress state in construction. In this paper, based on matrix mechanics model of space grid structures, a time-dependent analysis method considering temperature variation during construction is presented based on matrix mechanics model to optimize the closure scheme. A combined brace element is presented to accurately simulate the mechanic character of temporary braces. In this way, the whole construction process of assembling, closure and brace-unloading are effectively and accurately analyzed for the SFSG structure of Shenzhen Universiade Stadium. The displacement state, stress distribution, and force changes in temporary braces are obtained to provide instruction for the design and control of construction process.     

基于建筑空间布置规则性的结构优化分析

结构体系中的大空间或者核心筒的布置不规则,会给建筑抗震设计带来诸多困扰。提出优化设计的方法用于对结构刚度进行调整,以降低建筑空间布置不规则的影响。优化方法是基于进化结构优化法,建立新的灵敏度定义,以修正建筑空间布置规则性为设计目标,优化结构体系中抗侧体系的刚度分布。从建立结构模型开始,直接从建筑设计模型中,提取必要的设计参数,导入优化设计程序中进行建模,提高了建模的效率和准确度。在有限元分析过程中全部采用壳单元,并且在考虑解析准确度的基础上对壳单元进行分割,应用泰森多边形理论对荷载进行计算。在优化计算中,主要从结构整体等效应力分布的均匀性,重心与刚心的相对位置关系以及结构的两向抗侧刚度比三个方面对结构体系的应力、水平以及竖向构件刚度分布进行优化设计,调整建筑空间布局以满足布置的规则性,对进一步深化设计提供可参考的分析结果。