单点连续冲击荷载下单层球面网壳结构失效模式研究

为研究单点连续冲击荷载作用下单层球面网壳结构的失效模式,应用通用有限元软件ANSYS LS-DYNA建立了40m跨度,四种不同矢跨比的K8型单层球面网壳结构有限元模型.通过分析单层球面网壳结构在单点连续冲击荷载作用下失效全过程的冲击荷载、能量转化和杆件变形特点,总结归纳出单层球面网壳结构在单点连续冲击荷载作用下的五种失...     

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.     

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。     

单层球面网壳的弹塑性稳定性

为了解和掌握单层球面网壳在静力荷载作用下的弹塑性稳定性能,采用有限元软件ANSYS及自编的前后处理程序对典型单层球面网壳结构稳定性能进行对比分析,初步了解了球面网壳弹性与弹塑性稳定性能的主要差异。在此基础上进行了1000余例K8型单层球面网壳弹性、弹塑性全过程分析,同时考虑竖向均布荷载的不对称分布、初始几何缺陷等因素对球面网壳稳定性能的影响,掌握了以上因素变化对球面网壳弹塑性稳定性能的影响规律,并将其定量化。最后,通过对弹性、弹塑性稳定极限承载力的统计分析,提出适用于K8、K6型球面网壳的塑性折减系数,用以表示材料非线性对极限承载力的影响。这些成果的获得为进一步开展网壳结构的弹塑性稳定性能研究以及工程实践提供了理论依据和技术参考。     

考虑损伤累积的单层球面网壳弹塑性动力稳定研究

针对动力荷载作用下单层球面网壳结构考虑损伤累积效应的动力稳定问题,应用有限元方法进行了研究.建立了钢材考虑损伤累积的本构关系模型,并通过对动力时程计算时不同子步弹性模量和屈服强度的不断修正,获得了考虑损伤累积的单层球面网壳的动力响应,进而对结构进行了动力稳定分析.结果表明,考虑了损伤累积效应的单层球面网壳的动力响应增大,动力失稳的临界地震波峰值降低.     

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。     

单层球面网壳结构动力稳定分析

本文阐述结构动力稳定性的基本概念,动力稳定研究方法.通过非线性有限元分析空间梁单元节点大位移、大转角产生的几何非线性,采用Mises屈服准则和Prandtl-Reuss流动法则模拟材料弹塑性本构关系.讨论网壳结构动力失稳机理.通过大型工程实例分析,验证本文的理论和所编制程序的正确性.     

单层球面网壳在简单动荷载作用下的失效研究

本文同时考虑了几何非线性与材料非线性,对单层球面网壳结构在简谐荷载、阶跃荷载作用下进行了动力响应分析。通过对极限荷载、最大节点位移及塑性杆件比例这些重要参数的统计、分析和归纳,剖析了单层球面网壳结构在简单动荷载下的失效机理。同时,通过比较刚度矩阵,进一步研究了结构在动载与静载下的失效差别。     

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。     

单层网壳临界荷载的弹塑性简化解法

本文提出求解弹塑性失稳的单层网壳临界载荷的简化方法。依据纤维思想，通过修改杆件截面性质，得到考虑杆件部分屈服后的切线刚度矩阵。与一般方法相比，计算工作量大为减少。     

单层球面网壳失稳区域的平衡扰动

在非线性分析的基础上,基于单层网壳结构的失稳机理,对临界点时的失稳区域进行平衡扰动。具体利用奇异值分解法对失稳区域进行几何稳定性判定,并得到相应可能发生的机构位移模态,根据最小势能原理求出失稳后的几何形态,使其进入后屈曲平衡路径。本文的方法是基于网壳结构失稳时的不稳定运动进行的,较为合理地反映了结构失稳的过程,对网壳结构稳定分析方法的进一步研究具有重要意义。     

荷载非对称分布对单层球面网壳稳定性的影响

利用结构分析软件ANSYS,对不同跨度、不同矢跨比及不同截面的单层球面网壳结构进行了非对称荷载作用下的非线性全过程稳定分析。通过变化不同的参数,考察荷载非对称分布对单层球面网壳稳定性能的影响规律,对工程设计有一定的指导意义。     

单层球面网壳地震反应特征分析

考虑不同矢跨比、荷载、跨度和支座刚度等多种因素的影响,对单层球面网壳在地震作用下的反应进行了较全面的研究,给出了其随各参数变化的规律,得出了在单层球面网壳抗震设计中起控制作用的是水平地震作用而不是竖向地震作用等有益的结论.此外本文还给出了由于阻尼比不同而需对引用现行抗震规范反应谱分析的网壳地震作用进行修正的建议.     

短程线型球面网壳弹塑性稳定性分析

有计划地对480余例实际尺寸的短程线型单层球面网壳进行了双重非线性全过程分析,求得了极限承载力,系统地考察了初始缺陷和荷载不对称分布等因素对网壳稳定性能的影响,并重点讨论了材料非线性对极限承载力的影响。通过大规模参数分析研究,较全面了解了短程线型单层球面网壳弹塑性稳定性能;在短程线型网壳弹性极限承载力公式基础上,利用塑性折减系数对其进行修正,提出了短程线型单层球面网壳弹塑性极限稳定承载力的实用计算公式。     

施威德勒穹顶弹塑性稳定性能研究

通过有计划地对400余例实际尺寸的施威德勒型单层球面网壳进行双重非线性全过程分析,求得网壳的极限承载力,系统地考察了初始缺陷和荷载不对称以及考虑材料非线性等因素对网壳稳定性能的影响,较全面了解了施威德勒型单层球面网壳弹塑性稳定的规律性,为此类网壳结构的工程实践提供了理论依据和设计参考。并得出以下几点结论:(1)为保证网壳的安全性,网壳的极限承载力应由双重非线性全过程分析确定。(2)施威德勒穹顶属于缺陷敏感性结构。(3)竖向荷载不对称分布对网壳极限承载力影响较小。(4)工程设计中应适当考虑支承条件变化对网壳极限承载力的影响。     

基于构形易损性理论的温室单层球面网壳极限承载力分析

温室单层球面网壳的稳定性在设计中起着控制作用,尤其是非对称(半跨均匀)荷载、初始几何缺陷(节点偏差)、矢跨比和拉索预应力等因素对温室单层球面网壳稳定性的影响还有待深入研究。基于构形易损性理论,提出了判断参数对极限承载力影响的指标,即节点构形度的差异系数。利用ANSYS软件对矢跨比分别为1/3、1/5和1/7的K6、K8型温室单层球面网壳进行了整体刚度矩阵的提取,并通过MATLAB自编程序计算得到节点构形度的差异系数,定性分析了各参数对极限承载力的影响与节点构形度的差异系数的关系。研究表明:判定初始几何缺陷和不对称荷载对温室单层网壳结构极限承载力影响的准则是节点构形度的差异系数越小,结构的极限承载力越大;通过对K6型和K8型温室单层球面网壳的稳定承载力进行计算,验证了提出的判别准则的适用性与合理性。提出的判别准则可推广至其他类型的大跨度温室空间结构中。     

考虑共振补偿的网壳风振响应综合模态法

分析了网壳结构中自振频率、阻尼比等因素对共振响应在总风振响应中贡献的影响,利用考虑高阶振型共振响应的综合模态法计算了单层网壳的风振响应,讨论了计算综合模态时所需的振型数。针对结构自振频率密集的特性,研究了考虑振型互相关贡献的必要性、影响振型互相关贡献的因素和计算振型互相关贡献所需的振型数。最后,通过具体的算例分析验证了相关结论。     

单层柱面网壳在强震下的破坏机理研究

柱面网壳的结构形式、受力特性与其他网壳结构不同,造成其在强震下破坏机理的特殊性。采用基于结构响应的全过程分析方法,利用软件Abaqus,综合宏观、微观响应指标,对单层柱面网壳进行大规模的参数分析,探求其在强震下的破坏机理。通过典型算例的分析比较,确定了单层柱面网壳的破坏模式及其特征,总结了临界荷载的确定方法。在大量计算数据统计的基础上,提出了单层柱面网壳实用的动力破坏判别准则。单层柱面网壳在强震下可能出现的动力失稳破坏突然,破坏时塑性发展浅,结构刚度几乎没有削弱,结构位移小。单层柱面网壳在强震下强度破坏也可能出现,情况与前不同,其中强度破坏包括强度破坏Ⅰ和强度破坏Ⅱ,强度破坏Ⅱ有明显失稳现象而强度破坏Ⅰ没有。动力实用判别准则以最大节点位移和8p比例为参考指标,用来确定强度破坏Ⅰ和强度破坏Ⅱ极限荷载。对考虑损伤的柱壳破坏机理进行了初步探讨,损伤对不同的结构影响不同,给出了工程设计中损伤降低系数的建议值。     

单层网壳结构弹塑性稳定性和优化设计研究

以民航博物馆不规则连续单层网壳结构为例,对单层网壳考虑弹塑性稳定性和优化设计进行探讨。比较了各荷载工况作用下的几何非线性极限承载力、弹塑性非线性极限承载力与荷载标准值之比和线弹性外力势能的分布规律,初步探讨了在诸多荷载组合工况中选择单层网壳结构弹塑性稳定极限承载力控制工况的方法。探讨单层网壳考虑弹塑性稳定优化设计的实用简化方法,提出了杆件截面优化的应力比缩减分层法,使复杂的优化设计问题简单化。