杆件初弯曲对半刚接单层柱面网壳稳定承载力的影响研究

为了系统地研究杆件初弯曲对半刚接单层柱面网壳稳定承载力的影响,对5种矢跨比的半刚接网壳进行了双重非线性全过程分析。首先阐述了焊接球节点刚度及随机杆件初弯曲的确定方法,然后深入研究了杆件初弯曲对5种矢跨比的半刚接网壳稳定承载力的影响程度,最后探讨了具有杆件弯曲的半刚接网壳的破坏过程。研究结果表明,杆件初弯曲对半刚接网壳稳定承载力的影响程度与网壳矢跨比和初弯曲分布形式有关。如杆件初弯曲对矢跨比为1/3、1/4半刚接网壳的影响甚微,对矢跨比为1/5半刚接网壳的影响较为明显。矢跨比为1/6半刚接网壳的承载能力对个别杆件的弯曲形式较为敏感,而对某些杆件的初弯曲形式不敏感;随着矢跨比的减小,具有杆件初弯曲的半刚接网壳的极限荷载的离散性先增大后减小;网壳达到极限状态之后,失稳区域的竖向位移、杆件的弯曲应力和节点的转角迅速增大,网壳的受力状态转变为弯曲应力状态,当失稳区域的位移较大时,会引起该区域部分杆件丧失稳定,最终导致网壳发生整体失稳。     

考虑杆件缺陷的双层焊接球柱面网壳稳定性研究(英文)

双层柱面网壳的稳定承载能力通常由杆件失稳控制,而杆件中的缺陷对其临界荷载有显著影响。系统地研究了杆件缺陷、节点偏差及其二者耦合作用对不同矢跨比、不同网格数双层柱面网壳的稳定承载能力的影响程度与规律,并提出了确定杆件缺陷分布最不利分布模式的方法。主要得出如下结论:杆件中的缺陷(初弯曲、残余应力)可被等效为杆件弯曲缺陷,其形状可假设为正弦半波、幅值可取为l/400(偏安全);杆件缺陷对网壳承载能力的影响程度与网壳矢跨比、杆件长细比有密切关系,对矢跨比较大、杆件长细比较大的网壳的影响更为显著。在实际工程中,须考虑杆件缺陷的影响,否则会高估网壳的承载能力;杆件弯曲缺陷的弯曲方向会明显影响网壳稳定承载能力,对于研究的所有情况,最不利杆件弯曲缺陷的分布模式为Form4,由修正的一致缺陷模态法确定的Form1也可看作最不利杆件弯曲缺陷的分布模式,二者的极限荷载非常接近,而修正的特征缺陷模态法不能得到最不利缺陷的分布模式。对于研究的网壳来说,其稳定承载力对节点偏差不敏感。     

随机节点位置安装偏差与杆件偏心对单层球面网壳承载力的影响研究

单层球面网壳属于缺陷敏感性结构,其稳定承载能力受各种缺陷影响。为量化节点位置安装偏差缺陷、杆件对节点的偏心缺陷及其二者耦合作用对网壳稳定承载力的影响程度,对1000个随机产生的K6型单层球面网壳展开深入研究。首先提出了能够考虑随机节点安装偏差、随机杆件偏心的力学模型,然后阐述了两种随机缺陷在数值计算中的实现方法,最后获得了不同大小的节点安装偏差、杆件偏心距对单层网壳稳定承载力的影响程度与规律。计算结果表明：节点安装偏差对网壳极限荷载的影响更为显著,杆件偏心对极限荷载的影响相对较小;当节点安装偏差较小时,杆件偏心对网壳极限荷载的影响更为显著;节点安装偏差相同时,杆件偏心越大,网壳极限荷载越小。当最大节点安装偏差R1=2cm、最大杆件偏心R2=10mm时,缺陷网壳的极限荷载较理想网壳平均下降了10.94%;当R1=4cm、R2=10mm时,极限荷载平均下降了16.43%。     

随机初始缺陷对单层球面网壳承载力的影响研究

单层球面网壳属缺陷敏感型结构。为研究杆件初弯曲、节点偏差及二者耦合作用对单层球面网壳整体稳定承载力的影响,首先推导了实现杆件初弯曲的相关算式,并阐述了其有限元实现方法;然后采用3种建模方法,分别研究了随机杆件初弯曲、随机节点偏差及二者耦合作用对网壳稳定承载力的影响程度。计算结果表明:随机杆件初弯曲对网壳的稳定承载力有显著影响,与理想网壳相比,当δ=l/1 000(l为杆件长度)时,极限荷载平均下降了约16.3%,且服从正态分布;随机节点偏差越大,网壳的极限荷载越小,离散性越大;杆件初弯曲与节点偏差耦合作用对网壳稳定承载力影响显著,对于所考虑的最大初弯曲幅值与节点偏差,极限荷载下降了17.8%~27.2%;权衡精度与计算量,研究具有杆件初弯曲网壳的稳定承载力时,宜采用8~10根等代直梁等代每根初弯曲杆件。     

杆件随机初弯曲对半刚性连接单层网壳稳定承载能力影响研究北大核心CSCD

单层网壳结构是一种缺陷敏感型结构,其稳定承载能力受节点刚度和杆件初弯曲的影响较大.为更有效地研究节点半刚性和杆件随机初弯曲对网壳稳定承载能力的影响,引入双单元法实现了对网壳节点半刚度特性的模拟,运用了一种同时考虑节点刚度和杆件初弯曲的数值方法,分析了节点刚度、杆件初弯曲大小和方向的随机性对网壳屈曲承载能力的影响.深入研究了屈曲荷载系数的概率分布,得到其概率分布规律,拟合了关于网壳屈曲荷载系数的对数均值和对数标准差随节点刚度系数变化的折减系数公式.据此可高效简便地推导出网壳屈曲荷载系数的置信区间,从而得到网壳的极限屈曲荷载,为单层网壳结构的稳定承载能力分析提供了一种准确实用的分析方法.     

荷载初偏心对K6型网壳稳定性的影响研究

为研究荷载初偏心对单层球面网壳整体稳定承载力的影响,首先提出了初偏心荷载的施加方法及其在有限元程序中的实现步骤;接着以K6型单层球面网壳为研究对象(矢跨比f/L分别为1/3、1/4、1/5、1/6和1/7),考虑了5种荷载工况(满跨对称荷载,半跨非对称荷载p/G分别为0.75、0.50、0.25、0),系统地研究了不同初偏心荷载(μ_e分别为0、5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm和35mm)对网壳稳定承载力的影响规律;然后探讨了网壳在初偏心荷载作用下的失效机理。通过200例网壳算例分析,结果表明:对于矢跨比为1/4～1/7的网壳,随着荷载初偏心的增大,网壳的稳定承载力近似线性降低;当荷载初偏心较小时,满跨荷载作用下大矢跨比网壳的稳定承载力低于不对称分布的情况;当荷载初偏心较大时,情况正好相反。随着荷载初偏心的增加,矢跨比愈大的网壳,稳定承载力的降低愈明显,表明大矢跨比网壳对荷载初偏心更加敏感。提出的初偏心荷载施加方法与分析思路可推广至其它类型的空间网格结构中。     

杆件长度随机偏差对K6型单层球面网壳稳定承载力的影响研究

单层网壳属于缺陷敏感型结构.为了理清杆件长度随机偏差对K6型单层球面网壳稳定承载力的影响程度与规律,采用随机缺陷模态法引入杆件长度随机偏差,将杆件长度偏差视为服从正态分布的随机变量,考虑了4种矢跨比网壳、6种杆件长度随机偏差,对1200例网壳进行了稳定承载力分析.计算发现:杆件长度偏差越大,网壳的极限荷载越低,且离散性越大;当杆件长度最大偏差值为±3mm时,极限荷载的降低量超过了5%;当杆件长度最大偏差值为±5mm时,极限荷载降低量超过了10%;网壳极限荷载的均值与杆件长度偏差近似呈线性关系;不同的杆件长度随机偏差分布形式,会导致失稳位置与破坏模式的不同.网壳的失稳形式基本上为杆件失稳或点失稳;若网壳中杆件长度偏差分布形式完全相同,仅杆件长度偏差的大小不同时,网壳的破坏模式相似.     

随机杆件初弯曲对K6型网壳稳定承载力的影响研究

单层网壳属于缺陷敏感型结构,初始缺陷对其稳定承载力影响较复杂。为研究随机杆件初弯曲对网壳整体承载力的影响,以K6型单层球面网壳为对象,推导了实现具有杆件随机初弯曲网壳的相关公式,并详细阐述了其在有限元程序中的实现方法,分别研究了杆件初弯曲幅值、弯曲方向角及二者耦合作用对网壳结构稳定承载力的影响程度。主要得出如下结论:当初弯曲幅值δ取为确定值l/1 000时,与理想网壳相比,承载力下降5%左右;当δ取为确定值l/250时,承载力下降14%左右。与随机初弯曲幅值相比,初弯曲方向角对网壳结构稳定承载力的影响较小。同时考虑弯曲幅值与弯曲方向角的随机性时,杆件初弯曲对网壳稳定承载力的影响更为显著。推导的建模公式及其有限元方法可推广至其它类型的空间网格结构中。     

非对称荷载作用下具有初始几何缺陷的单层球面网壳的稳定极限承载力研究

为了研究非对称(半跨均匀)荷载对具有初始几何缺陷(节点偏差)的单层球面网壳稳定性的影响,采用N阶特征缺陷模态法模拟节点偏差,利用有限元软件ANSYS对矢跨比分别为1/3、1/4、1/5、1/6和1/7的K8型单层球面网壳进行了荷载-位移非线性全过程分析。通过对网壳结构施加全跨缺陷、半跨缺陷、全跨荷载、半跨荷载不同组合作用的方法,可以判断结构对非对称荷载的敏感程度以及非对称荷载与初始几何缺陷对结构相互影响的关系。分析表明:单层球面网壳在施加半跨缺陷和半跨荷载组合下的最不利缺陷模式均出现在前3阶,此状态下网壳的稳定极限承载力极低;矢跨比为1/5的K8型单层球面网壳结构受半跨缺陷影响较大,其稳定极限承载力下降最为显著;单层球面网壳结构全跨缺陷的最不利分布模式受荷载布置方式的影响较小;在非对称荷载作用下,初始几何缺陷的分布模式对单层球面网壳结构的稳定极限承载力影响较小。     

随机杆件偏心对K6单层球面网壳承载力的影响研究

单层球面网壳属于缺陷敏感型结构。为研究杆件偏心对单层网壳结构整体稳定承载力的影响,以K6单层球面网壳为研究对象,提出了能够考虑随机杆件偏心的力学简化模型,然后阐述了随机杆件偏心在数值计算中的实现方法,最后研究了不同大小偏心距对300个单层网壳稳定承载力的影响程度与规律,并探讨了网壳的失效机理与破坏过程。计算表明:K6型单层球面网壳的稳定承载力与偏心距的大小紧密相关。当偏心距较小时,如Δy_i、Δz_i、Δy_j和Δz_j的绝对值均值为1.064 mm时,与理想网壳相比,极限荷载下降幅度在5%以内,影响不显著;当偏心距较大时,如四者绝对值均值为2.660 mm时,极限荷载下降幅度超过了10%,影响非常显著。随着杆件偏心距的增大,网壳的稳定承载力近似线性地逐渐减小,稳定承载力的离散程度逐渐增大。随着偏心距的增加,极限荷载的概率分布类型由正态分布转变为非正态分布。提出的力学模型可推广至其他类型的空间网格结构中。     

杆件初弯曲对网壳结构弹塑性稳定性能影响研究

为研究杆件初弯曲对网壳结构弹塑性稳定性能的影响,采用多段梁法模拟杆件的初弯曲,通过ANSYS软件给出2种建模方法引入网壳结构的杆件初弯曲。根据杆件初弯曲的随机性介绍随机缺陷模态法,以Kiewitt-8型网壳为例解释随机缺陷模态法的模拟过程并考察杆件初弯曲方向角和幅值随机变量对网壳稳定性的影响,由此得到修正的一致缺陷模态法。基于上述方法,分析考虑杆件初弯曲的Kiewitt-6、Kiewitt-8和短程线型单层网壳的稳定性,定量给出杆件初弯曲对不考虑节点偏差结构和考虑节点偏差结构承载力的影响。结果表明：对于不考虑节点偏差结构和考虑节点偏差结构,杆件初弯曲将明显降低结构承载力,并且能够改变结构的塑性发展程度,杆件初弯曲对单层网壳弹塑性稳定性能的影响不可忽略;修正的一致缺陷模态法能够有效评估考虑杆件初弯曲的网壳结构承载力的较小值。     

旋转正弦曲面单层网壳的静力及稳定性分析

针对以正弦半波曲线为母线旋转而成的正弦曲面单层网壳,首先对其进行静力分析,找出内力分布及变形规律;然后对其稳定性能进行参数分析,包括矢跨比、初始几何缺陷、荷载不对称分布、节点选取方式以及正弦函数幅值对网壳极限承载力的影响。研究表明:同截面下,网壳最大轴力一般发生在次外环的环向杆件上;矢跨比对网壳的稳定承载力影响显著且具有良好的规律性;当初始几何缺陷超过L/600时会改变整个网壳的受力形式,必须加以控制;结构对荷载不对称作用不敏感;采用等弦长正弦曲线网格划分方式网壳极限荷载值最大;网壳的极限承载力随正弦函数幅值增大先增大后趋于稳定。     

华能大厦单层柱面网壳的设计及分析

以某低矢跨比的单层柱面网壳分析与设计为例,分析该网壳在各种荷载作用下的受力特点;讨论网壳支承刚度对网壳的受力影响;介绍网壳的设计和节点构造方法;并着重研究网壳的整体稳定性。得出：低矢跨比单层柱面网壳的整体稳定对支承刚度和初始几何缺陷较敏感;考虑塑性影响后,低矢跨比柱面网壳的稳定承载力相对弹性稳定承载力有大幅度降低;不同...     

考虑杆件失稳的半刚接网架稳定性研究

在传统的网架结构设计与分析中,常假定杆件之间的节点为理想刚接或铰接,而实际网架中的节点属于半刚性节点.为了理清节点弯曲刚度对网架稳定性能的影响,提出了一种含有杆件初弯曲的半刚接力学模型,针对具有不同节点弯曲刚度的网架开展了大量的双重非线性分析,探讨了杆件失稳与网架整体失稳之间的内在关系.主要得出如下结论:提出的力学模型可方便有效地考虑网架中的杆件失稳、节点刚度及杆件初弯曲问题;对于具有杆件初弯曲的网架而言,当正则化弯曲刚度κ_b大于3.0时,网架的极限荷载基本接近;当κ_b小于1.5～2.0后,极限荷载明显降低.提高节点的弯曲刚度可有效提高网架的稳定承载能力;杆件初弯曲对网架的稳定承载能力有一定影响,随着κ_b的减小,具有初弯曲杆件的半刚接网架的极限荷载下降量逐渐增大;杆件初弯曲的分布形式不同,网架的失效模式不同.同时失稳杆件的位置具有一定的规律,即失稳杆件集中分布在某一列或某两列的纵向或横向网格内;杆件初弯曲的存在会加剧P-Δ效应,使得部分压杆提前丧失稳定;提出的能考虑杆件失稳的半刚接网架力学模型可推广至双层球面与双层柱面网壳等其他类型的空间网格结构.     

单层柱面网壳失稳区域预测及稳定承载力优化

网壳结构的极限承载力往往由其稳定性能所决定.从杆系结构在失稳前的受力状态分析出发，构建了以杆件的拉压刚度和杆件与节点切平面夹角乘积之和的网壳杆件构形刚度参数.通过对两个不同矢跨比柱面网壳的分析表明，考虑初始几何缺陷后，柱面网壳结构的失稳点发生在杆件构形刚度参数最小的区域；加强杆件构形刚度参数最小区域的杆件截面可以快速提高网壳的稳定承载力，且用钢量较为经济.所构建的柱面网壳杆件构形刚度参数以及衡量稳定加强效果的指标可以较好地预测失稳区域以及指导柱面网壳结构稳定承载力的优化设计.     

单层K8型椭球面网壳的静力稳定性分析

利用非线性有限元法,对几百例单层K8型椭球面网壳进行了几何非线性全过程分析.得到了不同跨度、矢跨比、杆件截面尺寸情况下结构的极限承载力,并分析了这些因素对结构静力稳定性的影响.系统地考察了初始缺陷、荷载不对称分布、支承条件等对单层 K8 型椭球面网壳结构静力稳定性能的影响.通过大规模参数分析,揭示了单层 K8 型椭球网壳的稳定性能的规律.利用回归分析方法,对大量计算数据进行处理,给出了结构极限承载力的拟合公式.     

铝合金球面网壳结构弹塑性稳定性研究

对铝合金球面网壳结构弹塑性稳定性能进行有限元研究,分析了网壳的失稳模态、变形、应力分布和极限承载力。通过参数分析,了解跨厚比、矢跨比、杆件长度、材料非线性、荷载分布模式、支承条件和初始缺陷对铝合金球面网壳整体稳定承载力的影响。最后,提出了铝合金球面网壳稳定承载力的安全系数设计方法。结果表明:对于铝合金球面网壳,JGJ 7—2010《空间网格结构技术规程》给出的安全系数K=4.2偏大。     

大矢跨比单层球面网壳动力试验模型弹塑性稳定分析

为了解水平地震作用下具有不同失效机制的单层球面网壳结构在静力荷载作用下的弹塑性稳定性能,利用有限元软件ANSYS,对两个矢跨比为1/2的单层球面网壳结构试验模型进行双重非线性全过程分析,获得结构的弹塑性极限承载力,比较二者的失稳模态,初步了解二者之间的差异。考察结构杆件屈曲、初始缺陷等因素对结构稳定性能的影响,并分析各因素对结构极限承载力的影响规律。结果表明,地震作用下,具有强度破坏特征的网壳结构在静力下的失稳模式表现为结构的整体失稳,而发生动力失稳破坏的结构则表现为局部失稳破坏。杆件失稳和初始缺陷使结构的临界荷载大幅度降低,且地震作用下属于强度破坏的单层球面网壳结构在静力下对初始缺陷的敏感性大于动力失稳破坏结构。     

基于杆件构形刚度参数均匀化的单层网壳稳定性能优化

为实现网壳各节点抵抗荷载能力的均匀分布,提升结构稳定承载力,基于网壳结构受力特点,引入了单层网壳结构的杆件构形刚度参数。以结构杆件构形刚度均匀化为目标,将网壳杆件截面尺寸作为优化变量,采用惯性权重改进后的粒子群算法对网壳的杆件截面进行优化配置。优化结果表明,构形刚度方差能较为准确地反映结构的杆件构形刚度均匀程度。通过粒子群算法优化后求得的杆件配置可以使网壳结构接近于等稳定性,最大程度地提升结构的稳定极限承载力。     

蒙皮效应对铝合金单层网壳结构性能的影响

为研究蒙皮效应对铝合金单层网壳结构性能的影响,运用有限元软件的参数化建模建立系列结构模型,对网壳结构进行静力分析与非线性稳定分析,考察蒙皮效应对网壳静力性能及非线性稳定极限承载力的影响。结果表明:蒙皮效应可以降低绝大部分杆件的轴应力与弯曲应力;考虑蒙皮一般可以提高网壳的稳定极限承载力,提高幅度随着矢跨比的增大而增大,随着跨度的增加而减小,但也出现个别网壳承载力反而降低的情况,为安全起见,建议在单层网壳静力分析与整体稳定分析中考虑蒙皮的作用。