单层网壳结构稳定承载力分析

网壳结构的稳定性是单层网壳结构分析中的一个关键问题.利用有限元程序SAP2000对跨度40m,矢高20m的单层网壳在全跨均布荷载作用下的线性和非线性稳定承载力进行了探讨分析.以两个工程计算实例为背景,通过线性分析和几何非线性分析研究了单层网壳结构的稳定性能,这些分析结果将对今后网壳结构的广泛应用有指导意义.     

周边双层中部单层球面网壳的稳定性分析

以大连某实际网壳结构为工程背景,应用几何非线性有限元法对周边双层中部单层球面网壳结构进行了全过程分析.借助弧长法跟踪结构的荷载-挠度曲线,研究了球面网壳结构的屈曲过程,探讨了不同规格的杆件截面和周边双层网壳对球面网壳整体稳定性的影响.最后,得到了一些有意义的结论.     

局部双层柱面网壳与单层网壳的对比分析

合理的局部双层网壳结构能够较好的解决单层网壳承载力低、整体稳定性较差以及双层网壳由于杆件、节点较多造成结构繁杂的缺点,近年来得到了较多的应用.以正交正放局部双层柱面空腹网壳为例,通过与相同跨度及截面下单层网壳的对比,详细阐述了局部双层网壳在承载力、稳定性及经济指标上的优越性,得出了一些对工程设计具有指导意义的结论.     

空腹网壳结构的静力稳定性与极限承载力研究

针对空腹网壳结构的静力稳定性及其极限承载力问题,应用非线性有限元法进行了研究.采用特征值屈曲分析和非线性屈曲分析两种分析方式考查了空腹网壳结构的屈曲模态和失稳全过程,通过大规模的几何参数分析,计算得到了矢跨比、网壳厚度、腹杆截面等参数取不同数值时的结构极限承我力,并与单层网壳结构进行了对比.结果表明,空腹网壳结构以整体失稳为主,在用钢量相同的情况下极限承载力比单层网壳结构提高2.87倍.空腹网壳结构既具有单层网壳结构简洁美观,又有双层网壳结构的稳定性好和承载力高的优点,是一种优良的结构形式.     

异型网壳结构的建模与分析

以湛江某大学综合馆为工程背景,采用大型有限元分析软件ANSYS实现了异型网壳的建模,在确定构件设计截面后,研究了异型网壳结构的静力计算及其内力位移分布规律,并对它的整体稳定性进行了分析.最后,得出了对工程设计有益的结论.     

Schwedler型球面网壳优化设计

针对现有文献中对球面网壳优化变量的选取大多限于截面积的不足,提出以网壳曲率半径、网格尺寸(包括每层网壳的节点数和网壳的层数)、杆件截面积(包括杆件直径以及壁厚)为变量的综合优化设计方案.以施威德勒型(Schwedler)球面网壳为例进行优化,结果表明综合优化设计方案效果显著. 更多还原     

地震作用下肋环斜杆型单层球面网壳结构的动力稳定性

基于全过程非线性动力反应时程分析方法,采用实用的动力稳定性判定准则,以肋环斜杆型单层球面网壳结构为研究对象,系统地分析其在地震作用下的动力稳定性能.分别考虑了地震输入维数(水平、竖向、三向)、材料非线性、结构阻尼、初始几何缺陷、杆件截面面积、矢跨比、屋面荷载、支座条件和不同地震波(EL-Centro波、Taft波、天津波)等参数的影响,分析表明,考虑多维地震输入对单层球面网壳动力稳定性分析非常必要,不同地震波对单层球面网壳结构的动力稳定性影响程度不同,将其计算结果与K型网壳结论对比,得出了一些有意义的结论,可为网壳工程设计提供参考.     

单层球形网壳结构的分析及实验研究

针对单层球形网壳进行结构设计.以网壳承受的风载为设计载荷,利用FLUENT软件得到网壳表面风压分布载荷.采用单向流固耦合(FSI)技术,将计算得到的表面风压施加到网壳结构分析模型上.通过结构分析的非线性计算,得到网壳在风载条件下的应力分布及变形.以网壳梁截面尺寸最小为优化目标,得到满足设计指标要求的梁截面尺寸.通过现场实验,得到网壳节点位移载荷曲线,在相同条件下,将实验结果与仿真模型进行对比,验证了网壳结构模型的正确性.     

大矢跨比单层球面网壳弹塑性稳定性研究

为全面认识大矢跨比球面网壳的弹塑性稳定性能,利用ANSYS软件及自编的前后处理程序,有计划地针对132例矢跨比为1/4~1/2的大矢跨比K8型单层球面网壳进行弹性、弹塑性稳定性能分析,并对其中典型算例的塑性发展状况进行了全过程跟踪分析.考察网壳的屈曲模态,分析初始几何缺陷、矢跨比,材料非线性对网壳弹塑性极限承载力的影响.结果表明:大矢跨比情况下,初始几何缺陷的存在会导致网壳的极限承载力降低50%,材料非线性对极限承载力的影响也明显大于常用矢跨比情况,塑性折减系数达到0.4,网壳极易发生提前失稳.建议适当提高大矢跨比球面网壳的稳定性验算安全系数.     

开孔双层球面网壳结构的优化设计分析

以某火力发电厂干煤棚双层球面网壳结构为工程背景,以结构用钢指标为目标函数,利用有限元 软件 ANSYS 对该开孔双层网壳结构进行弹性阶段的整体优化计算,优化后节省钢材约 28.4%;进一步应用 ANSYS 参数化设计语言（APDL）进行编程,分析了网壳矢高、网壳厚度和杆件截面面积三个因素对用钢指标 的影响规律：本网壳结构用钢指标对网壳厚度变化最为敏感,杆件截面面积变化的影响次之,矢高变化对结 构用钢指标影响最小。     

螺栓球节点试验及在单层网壳结构中的应用性

为充分利用螺栓球节点的抗弯刚度,实现其在单层网壳结构中的应用,针对螺栓球节点开展力学试验研究,配合以精细化的有限元分析,获得节点的抗弯性能,并采用弯矩-转角关系来描述.利用ANSYS程序,采用弹簧单元模拟节点弯曲与扭转性能并将试验获得的弯矩-转角关系引入节点属性中,构建了螺栓球节点单层网壳的有限元模型.在此基础上系统开展了网壳结构的稳定性能研究.结果显示:采用螺栓球节点的网壳对于荷载不对称分布较为敏感,而且失稳过程中总伴随有节点的弯折效应;单层球面网壳的极限承载力最低可达到对应刚性节点网壳的32%,最高则超过98%,而单层柱面网壳则仅为10%,这表明此类节点可以应用在单层球面网壳中,但不宜在单层柱面网壳中采用.     

局部单双层网壳的初步优化

局部单、双层网壳结构的设计涉及截面、形状和拓扑优化。为满足初步设计对计算效率的要求,采用均匀设计法来实现结构的多级别优化。实验设计使用现有的网壳结构设计软件,对计算结果进行回归分析,得到指标(用钢量、变形、基频和最小非线性屈曲荷载)与变量(网壳矢高、单层部分范围和单层部分杆件设计应力比)之间的近似函数关系。求解简单的规划问题,得到变量之间的最优水平组合。一个点支承六边形局部单、双层网壳的比较设计说明了方法的效率和可靠性。     

水平阶跃荷载作用下单层球面网壳结构的动力稳定性

以具有实际工程意义的40m跨度K8型单层球面网壳为研究对象，在分析单层网壳结构在水平阶跃荷载作用下动力失稳过程的基础上，探讨了网壳结构的动力稳定性临界荷载的判定方法，研究了矢跨比、弹塑性、阻尼和初始几何缺陷等因素对网壳结构动力稳定性临界荷载的影响，并进一步分析了水平阶跃荷载与水平静荷载及水平地震荷载作用下的稳定性临界荷载之间的关系。     

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。     

K8型单层球面网壳支座减震

为了对跨度为60 m的K8型单层球面网壳进行了减震分析,分别将结构的支座设置成弹性支座和弹性阻尼支座,对结构进行减震控制.结合对结构在有控和无控状态下自振特性的分析,阐述了单层球面网壳结构的减震控制原理.在常遇地震作用下,得到网壳结构的最大水平位移、减震支座的最大水平位移、最大支座反力和最大杆件内力.通过改变支座的刚度和阻尼系数,对两种减震方案的减震效果进行比较.研究结果表明:两种减震装置均有效地控制了K8型单层球面网壳结构的支座反力,弹性阻尼支座还可以明显地降低减震支座的水平位移.     

考虑重力效应的单层球面网壳抗冲击荷载性能

为研究冲击荷载作用下网壳结构的动力响应,应用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立60m跨度K8型单层球面网壳的冲击模型并进行数值分析,计算对比是否考虑重力效应两种情况下,网壳在冲击荷载作用下的动力响应.得出产生差异的主要原因:网壳结构的自重敏感性、离心力效应与几何大变形.由此得出结论:只有考虑重力效应,即冲击荷载与重力荷载同步施加到结构时,所得的动力响应才是准确的.在上述基础上,对135个K8型网壳算例进行分析,研究表明:网壳竖向变形和主要杆件受力随着冲击质量与速度的增加而增大,当质量与速度增加到一定值后,二者均不再变化.     

基于遗传算法的脊杆索穹顶优化设计

为了降低实际工程中索穹顶结构的造价,提出了一种基于遗传算法的优化设计方法,将预应力倍数和构件截面作为离散设计变量,在目标函数中考虑了结构的施工张拉程度.以Geiger和Levy两种索穹顶作为算例,得到了在多种荷载工况下满足结构应力和位移约束的索穹顶最小造价,并研究了预应力对优化结果的影响.将索穹顶的脊索替换为可受压的钢杆后,对改进方案——脊杆索穹顶进行了优化设计,并与原结构对比了结构造价和力学性能.结果表明:该方法能够高效准确地得到造价最小的索穹顶结构,各构件内力比较接近其极限设计状态;有必要在索穹顶的设计过程中考虑预应力分项系数和活荷载不均匀分布等因素,以满足结构稳定性和单根构件承载力的要求;采用钢杆替换脊索,使索穹顶结构的总造价稍有降低,并显著降低了结构挠度和支座反力.     

半刚性节点单层球面网壳的弹塑性稳定性分析

为了研究半刚性节点单层球面网壳的稳定性能,提出其适用的分析方法,利用大型有限元软件ANSYS建立螺栓球节点的实体模拟方法和半刚性节点单层球面网壳的数值模型.通过试验数据与数值分析结果的比较,证明方法的可行性,进而模拟工程中常用的螺栓球节点,求得其弯曲刚度,对30 m跨度的螺栓球节点单层球面网壳进行稳定性分析.结果表明:节点的弯曲刚度不同时,网壳的稳定性能及其失稳模态变化明显;节点的扭转刚度和节点域不同时,网壳的稳定性能基本没有变化;荷载分布不同时,网壳的稳定性能发生改变.节点的弯曲刚度和不同的荷载分布形式是影响单层半刚性球面网壳稳定性能的重要因素.     

单层球面网壳的风振响应特性

为研究大跨度单层球面网壳风振响应特性,通过同步测压风洞试验获取风荷载信息,将风振响应分为平均响应、背景响应和共振响应三部分,其中背景响应采用影响线的方法计算,共振响应采用Ritz-POD法计算.分析过程中,着重对结构自振特性、风振响应中位移和内力的背景响应谱和共振响应谱特征、振型参与特性、以及各响应分量的分布规律进行了研究.结果表明:风振响应明显呈现多阶振型参与振动的特点,且存在高阶振型对脉动风响应贡献最大的现象,结构自振频率分布正好在这一振型处发生明显跳跃;在研究的范围内,脉动风响应大于平均风响应,而且在脉动风响应中,共振响应占主导地位,背景响应所占比例较小.     

弦支穹顶结构预应力设计及其抗震性能研究

本文给出了弦支穹顶结构的一种基于平衡矩阵理论和最优化理论的预应力确定方法。通过对不同预应力水平以及不同上部单层网壳截面弦支穹顶的模态分析讨论了该结构体系的动力特性。并研究了弦支穹顶在地震作用下的基本特性,对比分析了相应单层网壳和弦支穹顶的动力响应。分析结果表明：弦支穹顶结构的自振频率随着预应力水平的提高而增大;但随着上部单层网壳刚度的增大,预应力的大小对其自振频率的影响逐渐减小;弦支穹顶的下部张力集成体系（索杆体系）降低了上部单层网壳大部分单元在地震作用下的最大应力,尤其是外层单元的应力。