空间网格结构连续性倒塌试验研究

为研究空间网格结构遭遇局部初始破坏后的结构响应、倒塌过程与倒塌机制,以单层球面网壳结构为研究对象,进行了1个直径为4.2m,矢跨比为1/7的凯威特型网壳结构整体模型的连续性倒塌试验。施加节点集中荷载,采用自主研发的杆件破断触发装置使网壳模型的1根经向杆件发生突然破断,并以采样频率100Hz采集网壳模型各位置杆件的高频动应变响应,基于高速摄像测量技术（帧频200fps）获取模型节点的高速动位移响应。初始破坏发生后,网壳模型呈现出自破坏局部向周围逐步扩展的连续性破坏,最终整个模型完全翻转并在一系列最外层杆件断裂后部分坠落。试验结果表明：尽管单层球面网壳结构杆件众多,但单根杆件的失效仍可能触发连锁反应,导致整体结构的连续性倒塌;单根杆件破坏后,局部内力重分布导致的杆端节点出现点失稳,并引发周围节点顺次向下运动,这也是单层球面网壳结构遭遇局部初始破坏后倒塌的主要模式。     

基于构形易损性理论的温室单层球面网壳极限承载力分析

温室单层球面网壳的稳定性在设计中起着控制作用,尤其是非对称(半跨均匀)荷载、初始几何缺陷(节点偏差)、矢跨比和拉索预应力等因素对温室单层球面网壳稳定性的影响还有待深入研究。基于构形易损性理论,提出了判断参数对极限承载力影响的指标,即节点构形度的差异系数。利用ANSYS软件对矢跨比分别为1/3、1/5和1/7的K6、K8型温室单层球面网壳进行了整体刚度矩阵的提取,并通过MATLAB自编程序计算得到节点构形度的差异系数,定性分析了各参数对极限承载力的影响与节点构形度的差异系数的关系。研究表明:判定初始几何缺陷和不对称荷载对温室单层网壳结构极限承载力影响的准则是节点构形度的差异系数越小,结构的极限承载力越大;通过对K6型和K8型温室单层球面网壳的稳定承载力进行计算,验证了提出的判别准则的适用性与合理性。提出的判别准则可推广至其他类型的大跨度温室空间结构中。     

单点连续冲击荷载下单层球面网壳结构失效模式研究

为研究单点连续冲击荷载作用下单层球面网壳结构的失效模式,应用通用有限元软件ANSYS LS-DYNA建立了40m跨度,四种不同矢跨比的K8型单层球面网壳结构有限元模型。通过分析单层球面网壳结构在单点连续冲击荷载作用下失效全过程的冲击荷载、能量转化和杆件变形特点,总结归纳出单层球面网壳结构在单点连续冲击荷载作用下的五种失效模式:网壳局部凹陷、网壳局部凹陷时杆件剪切破坏、网壳整体塌陷、网壳整体塌陷时杆件剪切破坏、杆件剪切破坏。对五种失效模式进行了全过程研究分析,明确了单层球面网壳结构在单点连续冲击全过程中肋杆、环杆、斜杆的破坏形式和能量传递与转化特点。     

单层球面网壳基于节点构形度的刚度均匀性判定准则

为研究单层网壳结构的失效机理,以3个单层球壳缩尺模型为例,通过对节点构形度进行分析研究提出,节点构形度的对数标准差S_T(lg(q))可作为衡量单层球壳结构整体刚度均匀性的判定参数。通过与试验结果对比可知,节点构形度的对数标准差S_T(lg(q))与结构的倒塌破坏特征及极限状态时输入的峰值加速度密切相关。对跨度为40 m,矢跨比分别为1/3、1/5、1/7的4种杆件截面的凯威特K6型单层球壳结构进行了参数分析（包括节点构形度分析、静力稳定分析和地震作用下的动力时程分析）。研究结果表明,K6型单层球壳结构在杆件质量相近的条件下,节点构形度的对数标准差S_T(lg(q))越小,结构的稳定承载力和极限状态时输入的峰值加速度越高,且地震作用下结构的延性越好,强度破坏特征越明显。通过统计分析建立了适用于跨度为40m的K6型单层球壳结构刚度均匀性判定准则,即当节点构形度的对数标准差S_T(lg(q))不大于0.4时,结构整体刚度均匀,相应的结构稳定承载能力和极限状态时输入的A_PG相对较高,且地震作用下的延性较大。     

单层球面网壳结构抗连续倒塌设计

单层球面网壳冗余度较低,个别杆件失效容易引起结构连续倒塌。为提高单层球面网壳的抗连续倒塌能力,可以采用将单层网壳主肋设计为局部双层的方法。应用ABAQUS软件通过自编程序,考虑杆件失稳及失稳后行为,对比分析了采用局部双层前、后静力荷载作用下单层球面网壳极限承载力、节点位移和失效模态,以及采用局部双层前、后地震荷载作用下单层球面网壳极限承载力。分析了地震作用下局部双层厚度不同时单层球面网壳结构的极限承载力。分析结果表明,将单层球面网壳主肋设计为局部双层可提高网壳结构极限承载力,改变网壳失效模式。     

基于GASA混合优化策略的双层规划模型求解算法研究

本文提出用遗传—模拟退火算法(GASA)混合优化策略来求解双层规划模型。混合优化策略结合了遗传算法的并行结构和模拟退火算法的概率突跳性,提高了找到全局最优解的可靠性和计算效率。数值模拟实验表明算法性能良好,GASA混合优化策略求得全局最优解时的进化代数比单一的遗传算法减少约35％,比模拟退火算法的迭代次数减少约50％。     

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。     

冲击作用下单层柱面网壳的失效模式

为探讨单层柱面网壳在冲击荷载作用下的破坏过程、动力响应及失效模式,应用ANSYS/LS-DYNA建立20m跨度三向网格型单层柱面网壳模型,并对其进行冲击荷载作用下的全过程仿真模拟.通过对特定算例的分析,展示冲击荷载下网壳的破坏过程及结构的动力响应.根据结构破坏过程及最终形态提出单层柱面网壳在冲击荷载作用下的失效模式,并与单层球面网壳的分析进行对比.     

单层球面网壳选型优化设计

采用改进的自适应遗传算法来解决单层球面网壳结构构件截面优化问题,并采用VC＋＋语言编写了相应的自适应遗传算法和有限元计算程序,可以实现单层球面网壳结构的自动优化设计。设计了不同类型、跨度和矢跨比的网壳优化算例;并通过对按照现行相关规范优化设计的单层球面网壳和符合现行相关规范要求但未经优化设计的单层球面网壳用ANSYS软件进行考虑几何非线性的屈曲分析,分别确定其屈曲荷载与设计荷载之比,以比较它们的受力和安全性能。结果表明采用自适应遗传算法进行离散变量的网壳结构截面优化设计容易收敛,优化效果良好。如果综合考虑经济和安全因素,设计网壳时,其矢跨比取1／6～1／5比较合适。     

大跨双层球面网壳结构连续倒塌失效机理研究北大核心CSCD

采用变换荷载路径法,对某大跨度双层球面网壳结构进行双重非线性屈曲及强度分析,研究其抗连续倒塌性能,并根据失稳及强度破坏准则探讨大跨度双层球面网壳结构连续倒塌的失效机理.研究表明,双层球面网壳结构冗余度较高,在使用荷载作用下结构8个节点的严重局部破坏都未引发其连续倒塌,本文中的双层网壳结构直到受到3倍左右使用荷载时才发生连续倒塌破坏;通过不断加大结构所受荷载幅值,发现没有局部破坏的完整大跨度双层球面网壳结构最终倒塌时发生失稳破坏,遭到轻微局部破坏的结构最终倒塌时是失稳和强度破坏的共同作用,遭受严重局部破坏的结构最终倒塌时发生强度破坏.     

GASA初始化对太阳辐射预测小波网络性能的改善

针对太阳辐射预测小波网络对初始参数过分依赖,易陷入局部最优的缺点,本文把遗传算法和模拟退火算法两种全局优化算法作适当改进并相融合,引入太阳辐射预测小波网络的初始化。在此基础上对澳门气象站的太阳逐日总辐射建立了遗传模拟退火(GASA)优化太阳逐日总辐射预测小波网络模型,编制了计算机程序,在建模中还应用遗传算法来确定隐含层小波基的个数。该模型输出精度较高,与未采用GASA初始化的情况相比,性能有较大改进。     

Hybrid Meta-Heuristic Algorithm for the Simultaneous Optimization of the O–D Trip Matrix Estimation

Abstract:   In the present article, the origin–destination (O–D) trip matrix estimation is formulated as a simultaneous optimization problem and is resolved by employing three different meta-heuristic optimization algorithms. These include a genetic algorithm (GA), a simulated annealing (SA) algorithm, and a hybrid algorithm (GASA) based on the combination of GA and SA. The computational performance of the three algorithms is evaluated and compared by implementing them on a realistic urban road network. The results of the simulation tests demonstrate that SA and GASA produce a more accurate final solution than GA, whereas GASA shows a superior convergence rate, that is, faster improvement from the initial solution, in comparison to SA and GA. In addition, GASA produces a final solution that is more robust and less dependent on the initial demand pattern, in comparison to that obtained from a greedy search algorithm.     

北京新机场装配式单层铝合金网壳结构整体稳定性能研究

以北京新机场装配式单层铝合金网壳结构作为研究对象,建立了其装配式节点——板式节点及考虑节点性能的单层铝合金网壳的有限元模型,分析了板式节点的力学性能及节点性能对单层铝合金网壳稳定性能的影响。研究表明：板式节点刚度良好,破坏表现为不锈钢拉铆钉剪切破坏、连接板拉剪破坏和杆件在螺栓孔处承压破坏;北京新机场装配式单层铝合金网壳结构的整体稳定性能良好,承载力约为刚接网壳结构的90%,满足JGJ 7—2010《空间网格结构技术规程》的要求;由于铝合金材料无明显的屈服台阶,弹性模量较小,考虑几何非线性和材料非线性的稳定承载力比仅考虑几何非线性的稳定承载力降低约30%,结构发生弹塑性失稳,结构失稳形态表现为网壳结构在靠近长轴右端出现凹陷。     

K6型单层球面网壳的自振特性分析

选用实际工程中应用较为普遍的K6型单层球面网壳作为重点研究对象，计算了多种工况（不同的矢跨比、荷载、支座条件）对网壳结构自振特性的影响，对K6型网壳结构的自振特性做了较为系统的研究，以得到K6型网壳结构的自振规律。     

供水管网优化研究概述

简述供水管网的优化设计建模和优化算法,重点介绍了供水管网的多目标优化设计及遗传算法用于供水管网的最优化理论,并针对该方法用于供水管网优化设计的缺点,提出了模拟退火遗传算法求解给水管网管径优化解的计算思路。     

单层网壳结构稳定性分析

介绍了网壳结构非线性全过程分析的理论和方法,利用大型通用有限元分析程序对单层球面网壳结构进行建模及求解,通过分析单层球面网壳的载荷-位移曲线,对单层球面网壳的失稳形态和稳定性能进行了研究,对影响单层球面网壳稳定性的多种因素进行了分析和总结,指出影响单层球面网壳稳定性的几个主要因素,较精确地确定单层球面网壳结构稳定性极限承载力,提出的简便计算公式。     

球节点刚度对单层柱面网壳地震响应影响随PGA变化的规律

已有研究发现单层柱面网壳焊接空心球节点刚度对结构的地震响应有一定影响,为了解此影响随PGA(地震动峰值加速度)变化的规律,对相同尺寸的单层柱面网壳精细化模型和常用模型进行了地震响应对比分析。其中精细化模型是按照空心球节点和钢管杆件的实际尺寸建立的壳单元模型;常用模型采用梁单元建模,不考虑球节点。改变PGA后,对比2种模型相同位置节点的位移时程曲线可以看到:随着PGA的增加,精细化模型与常用模型的节点位移响应差值越来越大;PGA超过结构的失稳临界值后,随着PGA的增加,加大精细化模型节点壁厚对提高结构抗失稳能力的作用越来越小。