沁阳市体育馆椭圆抛物面弦支穹顶稳定性研究北大核心CSCD

沁阳市体育馆钢屋盖采用由Levy索杆体系和单层网壳组合成的弦支穹顶结构体系,具有跨度大、外形为椭圆抛物面的特点。对弦支穹顶结构进行了杆件内力、支座反力、节点位移、自振特性、线性屈曲和非线性屈曲分析,考虑了初始几何缺陷的影响,并与单层网壳结构进行了对比。研究结果表明,弦支穹顶结构引入高强度预应力拉索后,可以减小对边缘支承结构的作用、减小结构位移、降低对初始几何缺陷的敏感性和提高结构整体稳定性。在所考虑的活荷载全跨布置、长轴半跨布置和短轴半跨布置3种形式中,以活荷载短轴半跨布置最为不利。     

空间桁架拱支单层椭球面网壳结构设计与分析

天津米立方建筑造型为椭球面,根据建筑造型提出型钢拱、双层网壳、拱支单层网壳三种结构体系方案并进行了初步的对比分析,综合考虑各方面因素后最终选用拱支单层网壳结构体系。建立结构ANSYS有限元模型,对结构在各种荷载组合下进行了静力分析、自振特性分析以及振型分解反应谱分析,得到了结构的受力、变形、振型以及抗震性能的特性。对不考虑檩条作用以及考虑檩条作用的结构分别进行了双重非线性稳定分析,结果表明,不考虑檩条时双重非线性稳定分析的稳定系数大于2,结构中檩条使得结构的整体稳定性提高了1/3。     

茌平体育馆弦支穹顶叠合拱复合结构抗火性能分析

随着空间结构火灾事故的逐年上升,社会对空间结构的抗火性能日益关注。结合山东茌平体育馆工程,考虑火灾升温-降温全过程温度变化,对弦支穹顶叠合拱复合结构进行火灾响应分析,获得火灾全过程中结构的变形、内力分布变化、支座反力变化等结构响应。研究表明:火灾作用下,结构的显著变形主要集中在上层网壳的外围和靠近火源的杆件,拉索的预应力损失较严重,部分杆件退出工作,支座附近的杆件发生应力集中,结构在较大的受力范围内表现为线弹性特征;受火冷却后,结构仍具有较高的承载力。     

中间开孔弦支穹顶结构预应力优化后模态分析

对弦支穹顶结构的预应力优化是进一步研究结构的关键,通过有限元软件ANSYS建立模型,以预应力平衡态下使弦支穹顶结构的上部网壳结构的最大应力值达到最小为优化目标来确定最佳预应力,在预应力优化的结果下进行结构的模态分析,研究了结构的自振频率和振型。结果表明:中间开孔的弦支穹顶结构的最大位移、最大Mises等效应力和最大支座反力明显比网壳结构的小,自振频率非常密集,振型呈正反交替振动。从总体来看,此种结构有着较好的整体性和较大的刚度,具有较高的应用价值。     

预应力拱支单双层网壳的受力性能研究

主要采用一算例对预应力拱支单双层网壳结构在两种工况下的内力及变形特点等受力性能进行了研究,得出该新型杂交结构体系整体性能得到了改善,且具有一定的应用前景的结论。     

弦支穹顶的静力性能分析

介绍了弦支穹顶结构体系的构成．对弦支穹顶模型进行了线性和非线性有限元静力分析，得出了有益的结论：研究了节点刚度、改变弦支穹顶的矢高及环索预拉力对结构性能的影响。研究表明弦支穹顶综合了单层球面网壳和张拉系统的优点，能更有效、更经济地跨越较大的跨度。     

柱面拱支网壳静力性能分析

拱支网壳结构体系是在综合了网壳(网架)及拱结构的优点的基础上,构思出的一种新型大跨度空间杂交结构形式。通过与一般柱面单层网壳结构的对比,对不同矢跨比的单层柱面拱支网壳结构考虑不同拱肋配置下的静力性能,特别是结构极限承载能力及对初始几何缺陷的敏感性进行了分析比较。介绍了几个采用单层柱面网壳结构作为屋面结构的工程实例及其采用拱肋加强后的实际效率。理论分析结果及工程应用表明,在拱结构的帮助下,柱面单层拱支网壳结构的静力性能得到了明显的改善。     

平面空腹拱静力性能分析

为了提高单层网壳结构的稳定性,将格构式压杆引入单层网壳,提出了空腹网壳的概念。空腹拱是空腹网壳的组成单体,目前对其性能的研究非常少。对空腹拱的静力性能做了深入研究,结果表明:空腹拱的受力特性与实腹拱在整体上相似,体现出拱的特点,但是在局部又有很大区别;在同样截面积条件下,空腹拱的极限承载力是实腹拱的8~10倍;半跨荷载下,空腹拱亦有全跨荷载下相近的极限承载力;支座约束和初始缺陷对空腹拱的承载力无明显影响。因此,空腹拱与实腹拱相比,具有更好的受力性能。     

弦支筒壳结构概念及应用

将弦支概念引入柱面网壳结构,提出弦支筒壳结构。通过分析弦支筒壳的结构组成,提出按照筒壳结构层数、筒壳网格形式的弦支筒壳分类方法。分析弦支筒壳相比单层筒壳结构所具有的优势。结合辽宁华福印染厂改扩建工程和天津大港干煤棚工程的概况和实际特点,分析采用弦支筒壳结构的可行性,论述弦支筒壳在这两个工程中的应用设计过程和取得的效果。     

肋环四撑杆型大开口弦支网壳体育场罩篷结构形态分析及优化设计

为从结构体系层面改善大跨度屋盖结构受力性能和经济性，提出一种肋环四撑杆型大开口弦支网壳的结构形式，可应用于大跨度体育场环形罩篷结构。与常规的弦支网壳不同，该结构的下弦节点设置四根撑杆，提高了整体结构的稳定性；且上弦层网格可采用铰接节点，减少环索和斜索的用量，预应力张拉施工便捷。区别于多撑杆类索穹顶，该结构上弦不采用索系而采用杆系，使造价经济，且便于铺设刚性屋面。针对该大开口弦支网壳，根据节点平衡方程，推导出了预应力态索杆内力一般性计算公式，分析了弦支网壳预张力分布随几何参数的变化规律。以跨度200 m的大开口体育场罩篷为例，通过全局敏感性及相关性分析，揭示了该弦支网壳整体刚度的主要影响因素为几何参数，而预张力仅起到维持局部稳定和预起拱的作用。基于两种改进遗传算法对该弦支网壳结构进行了优化设计与权衡分析，结果表明在满足稳定性前提下适当提高结构矢高和厚度，有利于改善结构刚度和经济性。最后对张拉施工和静力加载至整体失稳的全过程进行了模拟分析，表明该弦支网壳可高效利用上弦杆拉、压两端的截面强度，而施工阶段仍有必要引入临时支撑。     

拱支网壳结构的试验研究

拱支网壳结构体系是在综合了网壳(网架)及拱结构等优点的基础上,构思出的一种新型大跨度空间杂交结构形式.为进一步研究该结构形式的受力性能,本文制作了以K6-4型(Kiewitt型)单层网壳结构为基础所构成的两种具有代表性的拱支网壳结构模型,进行试验研究,同时还采用一个同尺寸的纯单层网壳模型作对比试验,并将试验结果与理论分析结果进行比较.结果表明,由于拱结构的参与,该杂交结构的受力性能得到明显的改善.     

单层组合加肋拱支网壳的稳定性

介绍了某相贯单层组合加肋拱支网壳结构在竖向荷载及风荷载作用下的整体稳定性。采用有限元软件MIDAS,在两种荷载工况下分别进行了此网壳结构的特征值屈曲、几何非线性屈曲分析,初始缺陷对网壳结构的整体稳定性影响分析。结果表明:网壳结构对初始缺陷较为敏感,初始缺陷会明显降低结构稳定性;不同的荷载工况下,失稳的情况亦不同且网壳结构稳定临界系数随着荷载的增大而降低。     

单层柱面网壳结构风振响应分析

风荷载在大跨度屋盖结构设计中常常起主要甚至决定性作用,这使得该类结构的风荷载及风致动力响应研究日益受到关注与重视。利用随机模拟时程分析方法对三向网格单层柱面网壳结构的风振性能进行了系统的参数分析,探讨了几何参数、气动参数、结构参数等因素对结构风振响应规律的影响,并在此基础上给出了可供单层柱面网壳结构抗风设计参考的风振系数。     

大跨度拱支网壳结构的弹塑性分析理论及程序编制

拱支网壳结构体系是在综合了网壳(网架)及拱结构等优点的基础上,构思出的一种新型大跨度空间杂交结构形式。本文根据所确定的结构分析模型,结合现有理论,建立了大跨度拱支网壳结构的弹塑性分析理论,并编制相应的结构分析程序。算例分析表明该理论及程序是正确有效的     

Structural optimization and dynamic analysis for double-layer spherical reticulated shell structures

This paper is concerned with the geometrical optimum design and the aseismic analysis of double-layer reticulated shell structures. The characteristic of free vibration of reticulated shell structures, with respect to geometric parameter, is investigated. The variations of the eigenfrequency of shell structures, with respect to the ratio of height-to-span, span, grid division frequency and thickness of shell, are discussed. The Newmark method is used to calculate the stresses and displacements of the reticulated shell structure under earthquake action. The analysis results show that under a specified span, the eigenfrequency of the structure increases with the increase of the height-to-span ratio and then decreases afterwards. Therefore, there exists an optimum height-to-span ratio resulting in an optimum stiffness at the specified span. The optimum value of the ratio is found to be between 1/3 and 1/4 from the simulation study presented in this paper. At a specified height-to-span ratio, the increase of the value of structural span greatly reduces the eigenfrequency of the structure and then decreases the global stiffness of the structure. At the specified span and the specified height-to-span ratio, the eigenfrequency of the structure has a minor increase with the increase of the thickness and the grid division frequency of the reticulated shell structure. The partial double-layer reticulated shell structures have less stability compared with double-layer reticulated shell structures, but more stability in comparison with single-layer reticulated shell structures. The 1/6 partial double-layer reticulated shell structure has a best performance-to-price ratio. In other words, it has a higher buckling load, with smaller material consumption, compared with other partial double-layer reticulated shell structures. It is proposed to adopt the 1/6 partial double-layer reticulated shell structure in engineering if a double layer reticulated shell structure is required.     

网壳稳定性拟合的神经网络方法

介绍了人工神经网络的BP算法 ,采用人工神经网络技术进行网壳极限承载力的拟合研究 ,获得了较回归公式更准确的拟合 ,为网壳稳定性的理论研究和工程设计提供了一种新方法     

预应力拱支双层网壳的静力性能分析

结合工程实例,通过ANSYS建模对预应力索拱结构进行了内力分析和竖向挠度分析,得出了相应结论,以期为预应力拱支双层网壳结构的工程应用提供理论指导。     

基于应变能密度的网壳结构抗震性能参数分析

基于结构应变能密度对单层网壳进行地震响应特性分析,提出了反映结构稳定工作状态特性的新型参数 ,即指数应变能密度和值参数。首先,绘制单层网壳在地震作用下的各种响应分布云图及响应曲线图,展示了既 有的参数形式不能完全地表征结构的整体工作性能,特别是结构进入弹塑性工作阶段,这些参数难以体现结构与 外荷载之间稳定和确切的工作特性。其次,尝试将所有单元的指数应变能密度相加,得到能够表征结构整体受力 状态的指数应能密度和值参数。通过考察该参数在结构弹性和弹塑性工作阶段随地震动强度变化的规律,鉴证了 指数应变能密度和值参数能够反映：结构工作状态的稳定性特征、结构从工作状态到失效状态的突变特征、以及 失效状态的不稳定性特征。最后,根据观察所揭示的单层网壳工作特征,并结合最大节点位移参数,建议单层网 壳动力破坏等级划分及分界指标,为深入进行单层网壳抗震分析和设计规范的改进提供参考。     

索撑双向网格型单层柱面网壳稳定性研究

双向网格型单层柱面网壳结构不仅外型美观、各构件布置规则,而且质量轻、采光好。但是随着网壳跨度越来越大,整体稳定性问题也日益突出,因此制约了此类网壳结构在实际工程中的应用。为此,针对双向网格型单层柱面网壳结构,提出了一种新型布索方案,即在双向网格面内布置斜拉索提高结构的面内刚度,在双向网格面外通过撑杆布置横、纵拉索提高结构的面外刚度。首先通过对不同跨度网壳结构的弹塑性分析验证拉索的布置效果,并考虑各种参数变化对结构稳定性的影响,论证了此类网壳结构的合理性和实用性。其次,结合模型的静力试验研究了此类索撑柱面网壳结构的稳定性,论证了拉索布置的合理性。结果表明,采用撑杆和拉索的交错布置后,网壳结构的受力更加合理,其承载能力有了大幅度提高。此类索撑网壳结构为缺陷不敏感结构,但是撑杆长度对结构承载能力的影响很大,对于不同跨度的网壳结构,撑杆的最佳长度有所不同,实际工程中要确保撑杆具有最佳长度。