六杆四面体单元组成的球面网壳结构静力特性模型试验研究

对六杆四面体单元组成的球面网壳结构的静力特性进行了模型试验研究.设计、制作了一个10m跨度的大型实物模型,测试了其在全跨加载和半跨加载两种工况下的静力特性,并与利用实际模型节点坐标建立的有限元模型计算结果进行对比,分析了误差产生的原因以及误差来源对模型静力特性产生影响的机理.测试和分析结果表明,模型的加工和安装精度对结构静力特性具有显著的影响,必须在实际工程中予以严格控制.     

六杆四面体柱面网壳的截面尺寸优化研究

对于重复性模块组成的空间结构,参数化的几何堆叠仅解决其构形,传统力学分析也无法解决其力学性能优化问题,主要还是依靠工程师的工作经验来进行优化设计。董石麟教授提出的六杆四面体柱面网壳是一种由相似的四面体模块组成的空间结构,具有线性重复性特点。针对六杆四面体柱面网壳进行截面尺寸优化研究,以关键阶频率最大化为主要策略,结合折衷规划法和质量参与系数确立目标函数,实现1、9、13、54、56、80这六阶频率最大化。优化结果表明:在结构整体减重9. 92%的前提下,结构刚度提高了约12. 25%,各阶频率都有显著增加,起到了良好的优化效果。并验证了线性重复性空间结构截面尺寸优化的可行性。     

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。     

六杆四面体单元端板式节点受力性能研究

提出了一种可满足六杆四面体单元装配化施工要求的节点形式——端板式节点。即六杆四面体单元的弦杆与腹杆相贯焊接于端板，通过端板上的高强螺栓实现单元之间的连接。设计并制作了2个足尺节点模型，分别考察其在压弯和轴拉荷载作用下的受力性能，得到了端板节点的位移、应变发展特点及破坏形态。采用ABAQUS软件进行考虑接触非线性的有限元分析，得到了杆件、端板及高强螺栓的应力和变形。试验和有限元分析结果表明：在压弯荷载作用下，端板节点发生杆件屈曲和近节点域处鼓曲变形破坏，且杆件屈曲破坏先于节点域鼓曲破坏；节点域高应力区主要集中在三杆相贯焊接形成“谷底”处；高强螺栓在整个加载过程中最大应力约为其屈服应力的10%。轴拉荷载作用下，节点发生端板拉屈破坏；位于缺口两侧的高强螺栓发生拉弯变形，建议适当增设加劲肋和增加端板厚度，以提高端板刚度。通过数值计算得到的端板节点宏观变形、荷载-位移曲线及部分荷载-应变曲线均能与试验结果较好吻合，反映了数值分析模型的有效性与准确性。     

基于频率最大化目标的六杆四面体网壳截面尺寸优化研究

随着计算机技术的发展,基于有限元优化的拓扑优化算法在工程设计领域得到广泛应用,以提高结构性能和节约材料.在空间结构领域,目前还并未形成系统性的结构优化策略,主要还是依靠工程师的工作经验来进行优化设计.董石麟教授等提出的六杆四面体网壳是一种由相似的四面体模块组成的空间结构,具有重复性和装配性等特点.本文以六杆四面体网壳为分析对象,进行了结构频率最大化的优化设计.根据挑选出的质量参与系数总和超过90%的7阶模态,建立优化函数最大化这7阶模态的频率,以此提高整个结构的动力学性能.优化结果表明,在结构整体减重18.31%的前提下,各阶频率增加了20%到30%,起到了良好的效果.     

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.     

矩形钢管单层网壳双节点体系的六杆模型试验及有限元分析

为研究双节点体系在实际结构形式下的装配可靠性和受力性能,以节点体厚度、节点体高度、螺栓直径、螺栓间距和是否设置底板为主要参数,设计并制作7个矩形钢管单层网壳双节点体系的六杆模型,进行静力加载试验。试验结果表明：双节点体系的中空六棱台设计可以方便有效地实现杆件与节点间的角度连接;双节点体系装配简单高效,具有良好的承载和变形能力;杆件端部截面的变形不满足平截面假定,该区域易发生局部屈曲。对试验模型进行有限元模拟,与试验结果的比较表明,考虑接触效应的实体单元非线性有限元模型可以较好地模拟双节点体系的受力性能。进一步对双节点体系进行有限元参数分析,结果表明：节点厚度、节点高度、螺栓尺寸和螺栓间距的增加均能提高节点的初始刚度和承载能力;节点中设置底板可提高其承载能力,节点厚度较小时提高效果更好。     

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.     

不同类型单层网壳的静力稳定分析

利用ANSYS结构分析软件对三种球面网壳进行了研究,分析了在均布荷载作用下模型的静力变形规律,并对各网壳的刚度,极限荷载进行了对比,结果表明,凯威特网壳结构稳定,受力合理,值得推广。     

板锥网壳结构的静力特性分析

板锥网壳结构是一种受力性能合理、技术经济效益良好的新型空间结构形式.作者对板锥网壳结构的连接构造进行了探讨,采用组合结构有限元法对板锥网壳结构的静力特性及其影响因素进行了系统分析研究,并与普通双层网壳结构进行了比较.分析结果表明,板锥网壳结构比双层网壳结构具有更大的优越性.     

单层球面网壳的静力稳定性分析

利用有限元程序ANSYS对某单层球面网壳进行了静力稳定性分析,得出了其在集中力、半跨均布荷载和全跨均布荷载下屈曲的全过程曲线,并进行了分析,分析结果表明:网壳在集中力作用下屈曲的变形最小;不对称荷载作用对网壳稳定承载力影响较大。     

肋环型球面空腹网壳结构的静力性能分析

空腹网壳是由平板型空腹网架演化而来的新型曲面空间网格结构,形式多样,为了解其中肋环型球面空腹网壳结构在竖向静载作用下的力学性能.本文采用空间梁单元,在边界上、下弦节点均约束线位移时共计算了22个算例,讨论了矢跨比、网壳厚度、网格圈数等参数对其变形和内力的影响.分析表明.肋环型球面空腹网壳可看作是两个具有相同曲率中心的单层网壳通过竖腹杆连接而共同工作,其矢跨比不官小于1/6,网壳厚度和网格圈数对结构力学性能的影响较小.本文还进行了这种结构与单层网壳的对比分析,表明其具有良好的技术经济指标.     

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.     

全长黏结注浆格构锚固工程模型试验研究

 格构锚固工程在滑坡防治中的应用已越来越广泛,但其作用机制研究却远滞后于实际应用。针对全长黏结注浆工况下格构锚固工程的受力情况、破坏模式及作用机制,开展格构锚固工程大型物理模型试验。试验结果表明,全长注浆格构锚固可有效提高滑坡的稳定性;锚固力在滑面处最大,向两端递减,格构所承受锚固力很小,其基底反力呈跨中大节点小的近三角形分布;锚杆在滑面位置发生剪切变形,格构仅发生轻微挠曲变形,滑坡体发生整体滑移;锚杆发挥剪切抗滑作用,为主要抗滑构件,格构则保证了滑坡的整体稳定性;全长注浆工况格构锚固设计应注重校核锚杆的抗剪切能力,格构部分建议采用构造配筋设计。试验研究结果揭示了全长黏结注浆工况下格构锚固体系的力学抗滑机制,可供其他类似工程参考和借鉴。     

一种由索穹顶与单层网壳组合的空间结构及其受力性能研究

提出了一种由索穹顶与单层网壳组合的空间结构形式,该结构不仅充分利用了索穹顶的受力特性,而且发挥了单层网壳便于铺设刚性屋面板的优势。给出了葵花型、肋环型、Kiewitt型、鸟巢型4种索穹顶结构与相应网格布置的单层网壳的组合结构形式,结构顶部可采用封闭和开口两种形式。定义了索穹顶与单层网壳之间连接杆的荷载传递系数、索穹顶和单层网壳的支座竖向反力分配系数。以葵花型索穹顶与单层网壳的组合结构为例,探讨了结构在均布荷载和集中荷载作用下的受力性能以及结构的矢跨比、预应力水平、网壳杆件截面等参数对结构受力性能的影响。计算结果表明,外荷载越小、矢跨比越小、预应力水平越大和网壳杆件截面越小,索穹顶承担的外荷载比例越大。     

新型索承叉筒网壳的构形、分类与受力特性研究

叉筒网壳是一种由若干组圆柱面网壳相贯得到的空间结构,具有独特的建筑造型与受力性能.由于其传力路径简捷,主要集中于脊线或谷线,对边界约束要求较高,一定程度限制了其应用和发展.本文提出了一种新型索承叉筒网壳结构,并给出了三种不同的分类方法,较全面地概括了索承叉筒网壳结构的形体和种类,并提出了将索承叉筒网壳作为结构单元进行组合,构建大面积结构的设想.最后,以十二边形谷线式弦支叉筒网壳为例与叉筒网壳对比,并进行了参数分析,结果表明索承叉筒网壳结构静力性能得到较大的改善.