六杆四面体单元组成的新型球面网壳及其静力性能

提出了一种新型球面网壳,它由投影为四边形平面的六杆四面体单元集合组成,网壳的成形构造简单,便于工业化预制生产和装配化施工.这种杆件数和节点数相对较少、网格抽空的球面网壳,也能发挥双层网壳的作用.文中给出并讨论了新型球面网壳的基本结构体系和加强结构体系.为提高结构的刚度和稳定性,网壳的上、下弦节点可采用刚接节点、半刚接半铰接节点和铰接节点,可形成四种节点布置方式和杆件特性,即四种不同计算模型的球面网壳.本文作了竖向荷载作用下的受力特性分析,获得了基本与加强结构体系、四种节点布置方式的网壳内力、位移的基本规律和相互差异,为工程设计和结构选型提供了依据.     

半刚性连接球面网壳结构的动力分析

通过半刚性节点模型,利用有限元方法对球面网壳结构进行动力分析.建立了半刚性情形下单元刚度矩阵.通过求解特征值问题,得到半刚性球面网壳结构自振特性规律,并与理想刚接及理想铰接情形进行了对比.采用时程分析法对球面网壳进行了水平地震作用下的分析计算,比较了半刚性节点模型所得结果与理想刚接及理想铰情形的异同,说明使用半刚性模型进行结构计算分析的合理性.论文结论对网壳结构的工程设计及施工有一定的参考价值.     

焊接空心球节点网壳结构的节点刚度等效刚臂换算研究

焊接空心球节点是网壳结构中常用的节点形式。本文提出了一种等效刚臂换算方法考虑焊接空心球节点刚度,并利用ANSYS有限元软件建立焊接空心球节点网壳结构的传统的梁单元模型和等效刚臂换算法的模型,对40m跨度的焊接空心球节点单层球面网壳进行静力和稳定性能分析,并进行了对比,讨论了设计中焊接空心球节点刚度对网壳整体结构刚度及稳定性的影响。同时,还研究考虑有限元软件计算中梁单元的计算精度对计算结果的影响。本文对焊接空心球节点单层网壳结构设计工作中考虑焊接空心球节点等效刚臂作用的意义提出了建议。     

六杆四面体单元组成的新型球面网壳机动分析

对平面投影为四边形的六杆四面体单元组成的新型球面网壳全铰接基本结构体系进行了系统的机动分析.若采用传统的Maxwell准则分析,该网壳的基本结构体系被认为是一个静定结构.而基于平衡矩阵理论进行分析时,可以发现该网壳的基本结构体系是一个静不定、动不定体系.利用平衡矩阵的物理意义和矩阵的初等变换,证明了新型网壳基本结构体系的机构位移模态数与沿圆形平面径向布置的六杆四面体单元数是相等的.在此基础上给出了新型网壳加强结构体系的形成依据,并提出两种适于工程应用的结构体系加强方式.     

环向折线形单层球面网壳结构的试验研究

环向折线形单层球面网壳的基本结构体系兼有单、双层球面网壳结构的受力特性,且节点为铰接,是一种新型的静定空间桁架结构.为改善结构受力、满足构造要求,可在基本结构体系基础上增设内圈环杆.本文对内圈环杆加强的环向折线形单层球面网壳结构进行了全跨、半跨荷载下的静力加载试验,并将试验数据与理论分析结果进行对比.分析结果表明:该结构具有良好的受力性能,试验数据与有限元分析结果之间的差异较小,理论分析正确.     

某锥形穹顶半刚接单层网壳分析与设计

以某图书馆的锥形穹顶单层网壳为研究对象,分析其受力变形性能和整体稳定性能.对比研究了不同截面方案和节点假定对网壳构件承载力、屈曲特性和极限承载力的影响.采用多尺度有限元分析方法,真实模拟节点性能,与节点刚接、铰接模型的计算结果进行了对比.结果表明:采用钢管非加劲相贯焊连接的单层网壳为典型的半刚接网壳,合理的杆件截面设计可使其整体稳定性能接近于节点刚接模型;节点铰接会改变单层网壳的屈曲形态,使结构整体协同性能严重弱化或丧失;多尺度有限元分析方法是判别节点刚度和承载力的有效方法,可真实反映节点性能对整体结构性能的影响.     

六杆四面体单元组成的球面网壳结构装配化施工的实践研究

六杆四面体单元组成的球面网壳是一种适应建筑工业化需求的新型空间结构体系.基于一个10m跨度的大型实物模型,对这种新型网壳结构进行了装配化施工的实践研究.模型的六杆四面体单元全部预先加工完成,再按照拟定的施工方案,以其为基本单位进行安装,并对安装过程中出现的问题进行了总结和分析.模型安装完成后,利用全站仪测得所有节点坐标,并利用测得坐标重建有限元模型,通过与设计模型的静力计算结果进行比较,从理论角度分析了安装误差对结构静力特性的影响.本文工作能为这种新型球面网壳的工程实践提供一定的指导.     

铰接六杆四面体柱面网壳的构形及静力和稳定性分析

提出了两种新型的由投影面为矩形的铰接六杆四面体组成的柱面网壳。这种网壳结构的构形十分简单,节点和杆件数目相对于双层柱面网壳结构较少,网格抽空率高,具有单层和双层柱面网壳的主要优点。对两种铰接的六杆四面体组成的柱面网壳进行静力和线性与非线性稳定性分析,结果表明:下弦支撑的铰接六杆四面体柱面网壳结构整体刚度好,由线性特征值屈曲分析和考虑几何初始缺陷、荷载不对称布置的稳定性分析结果可知,其具有较好的力学性能,并且温度对其稳定性的影响较小。铰接的六杆四面体组成的柱面网壳可以采用螺栓球作为节点,有利于标准化设计、工业化生产和装配化施工,符合绿色建筑的推广应用条件。     

双曲面钢结构冷却塔的结构选型和节点受力分析

针对某大型双曲面钢结构冷却塔工程,采用棋盘式四角锥双层网壳、正交正放四角锥双层网壳和交叉桁架双层网壳3种不同结构体系进行方案比选。结果表明:棋盘式四角锥体系较其他两种结构体系用钢量少,稳定性能更好;通过对15个不同厚度和网格尺寸的棋盘式体系的冷却塔模型进行对比分析,得出了网壳厚度和网格尺寸对结构用钢量和稳定性能的影响规律;选取冷却塔上受力较复杂的节点,采用有限元方法分析其承载力,建议按节点承载力不低于构件承载力的原则对节点采取加强措施。     

节点半刚性对K6单层木网壳稳定性能的影响

随着装配式木结构建筑的广泛应用,节点装配化等设计理念也在不断发展。木空间结构作为一种可供选择的结构形式日益受到关注。通常在网壳结构分析及设计过程中,节点连接均被假定为完全刚接或理想铰接,但实际网壳结构所应用的装配式节点多为半刚性节点。因此上述假定不能真实反映结构受力性能,造成结构设计偏不安全或偏保守。与此同时,网壳结构的稳定性是网壳结构设计中的关键问题,而已有成熟的且适合装配化的木网壳结构设计并不常见。为探究节点半刚性对木网壳稳定性能的影响,设计一种适合装配化的新型填板式木网壳节点将其应用于K6单层木网壳中。通过试验手段和数值模拟方法分析节点抗弯工作机理,发现节点抗弯性能具有典型半刚性特征,并提出设计中可供借鉴的四折线抗弯刚度模型。基于节点试验数据,通过ANSYS软件建立单层球面木网壳数值模型,并对该木网壳数值模型的整体稳定承载力进行参数分析。分析结果表明:所提出节点构成的木网壳整体稳定承载力随矢跨比数值、节点刚度的增大而提高,随几何初始缺陷幅值、半跨活荷载比值的增大而降低。综上所述,本文提出了一种适合装配化的新型填板式木网壳节点,通过试验和数值模拟探索其抗弯刚度,并且在木网壳结构体系中提供了系统的稳定性能分析,为今后类似节点的工程运用埋下了基础。     

STABILITY STUDY OF SELF-BALANCED PRESTRESSED LATTICED SHELL STRUCTURE

针对单元拼装式自平衡预应力网壳的结构稳定性能尚不明确的研究现状,采用有限元分析的方法对一座大跨度球面网壳结构的稳定性能进行了研究.采用了Block - Lanczos法对网壳结构进行了特征值屈曲分析,并用一致缺陷模态法对网壳结构进行了非线性分析,从而获得大跨度自平衡预应力球面网壳结构稳定性能的规律,相关结论对新型网壳的工程设计具有指导意义.     

环向折线形单层球面网壳及其结构静力简化计算方法

环向折线形单层球面网壳是单向折线形网架结构在曲面结构构形中的拓展,兼有双层网壳和单层网壳受力特性。通过结构构形研究和机动分析,提出了在轴对称条件下基本结构体系的简化杆系计算模型及其分析方法。为改善结构的受力特性,在基本结构体系的基础上,增设若干道环向杆件,形成环向折线形单层球面网壳的加强结构体系。通过算例分析,对比研究了在不同荷载工况下和厚跨比对结构体系受力性能的影响。研究结果表明：环向折线形单层球面网壳的基本结构体系是一种静定空间桁架结构;揭示了环向折线形单层球面网壳基本结构体系的组成规律、受力特性,给出了加强结构体系的合理加强方案;所提出的简化计算方法,可精确求解网壳的内力和位移。     

节点刚、铰接时环向折线形单层球面网壳静力和稳定性能的分析研究

环向折线形单层球面网壳是一种新型的具有双层网架和单层网壳特点的空间桁架体系,结构分析简捷,加工制作方便,建筑造型优美,有推广应用前景。专门研究了当节点采用不同连接方案时,即当构成4种节点形式与杆件特性的连接构造时对环向折线形单层球面网壳基本结构体系和加强结构体系静力和稳定性能的分析,可进一步了解这种单层网壳结构的受力特性,也是对现行《空间网格结构技术规程》(JGJ 7—2001)第3.1.8条强制性条文规定单层网壳应采用刚接节点的讨论,并得出一些对工程设计有重要参考价值的结论。     

考虑蒙皮和节点刚度的铝合金网壳稳定性

为明确蒙皮效应和节点半刚性对铝合金单层球面网壳静力稳定性的影响,运用有限元软件建立了一个125 m跨度的结构模型。首先通过数值模拟确定了初始缺陷和材料非线性对网壳稳定性能的影响,并在此基础上考虑蒙皮效应和节点半刚性进行对比分析。分析结果表明:蒙皮效应可以显著提高铝合金单层网壳静力稳定承载力,并改变结构屈曲模态,考虑节点半刚性会大幅降低网壳极限承载力,当同时考虑蒙皮和节点刚度时,该网壳稳定性能基本不变。     

弦支环向折线形单层球面网壳布索方案研究

为改善环向折线形单层球面网壳的受力特性,在环向折线形单层球面网壳中增设了若干道环索、斜索和撑杆,形成了一种新型的弦支环向折线形单层球面网壳的加强结构体系。从满足不同建筑造型要求和合理、经济的受力体系的角度出发,给出了五种不同的布索方案,并对各方案下的结构受力性能做了对比分析。经分析可知,布索方案3~5下的弦支环向折线形单层球面网壳的性能较优。研究结果为揭示各种不同布索方式下的弦支环向折线形单层球面网壳的受力特性和内力、位移的变化规律提供依据,也可为此类网壳结构的初步设计、优化设计和多方案比较提供参考。     

弦支环向折线形单层球面网壳布索方案研究北大核心CSCD

为改善环向折线形单层球面网壳的受力特性,在环向折线形单层球面网壳中增设了若干道环索、斜索和撑杆,形成了一种新型的弦支环向折线形单层球面网壳的加强结构体系。从满足不同建筑造型要求和合理、经济的受力体系的角度出发,给出了五种不同的布索方案,并对各方案下的结构受力性能做了对比分析。经分析可知,布索方案3~5下的弦支环向折线形单层球面网壳的性能较优。研究结果为揭示各种不同布索方式下的弦支环向折线形单层球面网壳的受力特性和内力、位移的变化规律提供依据,也可为此类网壳结构的初步设计、优化设计和多方案比较提供参考。     

自平衡预应力球面网壳结构稳定性研究

针对单元拼装式自平衡预应力网壳的结构稳定性能尚不明确的研究现状,采用有限元分析的方法对一座大跨度球面网壳结构的稳定性能进行了研究。采用了Block-Lanczos法对网壳结构进行了特征值屈曲分析,并用一致缺陷模态法对网壳结构进行了非线性分析,从而获得大跨度自平衡预应力球面网壳结构稳定性能的规律,相关结论对新型网壳的工程设计具有指导意义。     

节点刚度对凯威特型单层球面网壳内力的影响

节点刚度是影响单层球面网壳内力的重要因素之一。采用空间梁单元有限元法,对凯威特型单层球面网壳进行杆件内力计算分析,引入α系数模拟球节点的刚性反应,得出了单层球面网壳由刚性连接到趋于柔性连接整个过程的内力变化规律;同时,针对不同的矢高、荷载,研究其对单层球面网壳杆件内力的影响,可为单层球面网壳的优化设计提供一定的参考。     

考虑上、下部结构组合阻尼比影响的单层网壳分析

以单层球面网壳上、下部整体结构为研究对象,系统地研究了网壳屋盖结构与下部支承体系共同工作问题,针对钢网壳及混凝土支承体系这类组合结构,采用不同材料组合结构阻尼比的实用计算公式,分别按照固定铰支座模型、整体分析模型对多个网壳结构计算对比,结果表明,考虑组合结构阻尼比并按上、下部整体结构模型进行计算更符合工程实际.     

六杆四面体单元组成球面网壳的节点构造及装配化施工全过程分析

平面投影为四边形的六杆四面体单元是一种几何不变体系,由此集合组成的球面网壳构造简单,杆件数和节点数相对较少,且能起到双层网壳的作用.本文着重研究了半刚接半铰接球面网壳的节点构造,上、下弦采用梁单元,选用带法兰盘的焊接空心球连接;腹杆采用杆单元,选用耳板连接.为便于在工厂工业化加工制作六杆四面体单元,以及在现场高空悬臂安装网壳结构,提出了一种能重复使用的工具式A型拼装架及安装工序.与此同时,详细给出了在网壳自重作用下,与安装工序对应的装配化施工全过程内力分析,文中并附有算例说明.