初始几何缺陷对单层球面网壳结构地震承载力的影响研究

为研究不同初始几何缺陷对单层球面网壳结构地震承载力的不利影响,根据"拟壳法"的内力状态,提出了弯曲应力为主杆件数量占有效杆件总数的百分比最大,作为网壳最不利缺陷的判别准则.基于该准则,以跨度80m的K8型单层球面网壳为例,开展了考虑最不利高阶模态缺陷的网壳结构地震承载力影响分析.结果表明,网壳结构最不利缺陷一般出现在高阶屈曲模态;相比最低阶屈曲模态缺陷,最不利高阶模态缺陷计算所得的网壳结构地震动力响应显著增大,结构地震承载力明显降低;最不利缺陷的判别准则只需考虑前20阶屈曲模态范围,即可保证网壳结构地震承载力的计算精度和计算效率.     

某单层肋环形球面网壳结构的整体稳定分析

整体稳定分析问题一直是球面网壳设计中的关键问题。理论分析和工程实践表明:网壳结构的设计通常受其稳定性控制。网壳结构的整体稳定分析主要有三种:屈曲分析、弹性整体稳定分析和弹塑性整体稳定分析。本文借助有限元分析软件ANSYS,以某单层肋环型球面网壳为代表,对其进行屈曲分析、弹性整体稳定分析和弹塑性整体稳定分析,同时深入研究不同缺陷模式对整体稳定性能的影响。研究发现,单层球面网壳前六阶屈曲模态的整体稳定系数相接近,且出现相邻的重模态现象;最低阶屈曲模态缺陷对网壳结构的弹性整体稳定承载力影响最大,但对其弹塑性整体稳定承载力的影响未必最大,故有必要考察相邻的较低阶屈曲模态缺陷对网壳结构的影响。     

某大跨度单层网壳稳定性分析

某温泉度假区屋盖采用大跨度单层椭球面网壳结构,结构几何、荷载基本对称,线性屈曲因子分布密集,对称与反对称屈曲模态交替出现,有若干组相同的线性屈曲因子,即存在"重频"现象。线性屈曲因子相同的模态作为初始缺陷时,其非线性稳定临界荷载不同。采用第1阶屈曲模态作为初始缺陷得到的临界荷载不是结构最低稳定承载力,采用第29阶屈曲模态作为初始缺陷时得到的临界荷载仅约为第1阶屈曲模态的80%。结构非线性稳定承载力随着缺陷幅值的增加而降低,随材料非线性本构模型中屈服后强化模量的增加而增加。     

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。     

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。     

某大跨单层球面网壳结构的非线性屈曲研究

为研究杆件稳定、初始几何缺陷、几何非线性、材料非线性对某单层球面网壳结构整体稳定性的影响,首先对结构进行线性屈曲分析得到屈曲模态和临界荷载,其次采用弧长法对结构进行非线性屈曲全过程分析,同时确定最不利初始几何缺陷分布模态,最后采用Newton-Raphson法对按此最不利缺陷分布的结构进行弹塑性屈曲全过程分析.计算表明:初始几何缺陷按最低阶屈曲模态分布的一致缺陷模态法可能不适用于大跨单层球面网壳结构的稳定性分析;荷载不对称分布对结构的稳定性更为不利;初始几何缺陷和材料非线性对结构稳定性的影响较大.     

考虑初始缺陷的单层网壳稳定性能分析

对于缺陷敏感结构往往由稳定承载力来控制极限承载力。工程中常用一致缺陷模态法来分析结构的稳定性,存在初始缺陷的结构仍然可以采用静力法或能量法进行稳定性分析,因为荷载作用下产生变形后结构还处在的平衡状态。单层网壳是缺陷敏感结构,整体稳定性随缺陷变化影响,其稳定承载力显著变化。对缺陷敏感程度受支座条件,结构形式,荷载形式及缺陷形式等因素影响。在计算弹性及弹塑性稳定承载力时,将结构的几何缺陷引入网壳结构的截面优化及设计过程中,保证结构的安全度尤为必要。     

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。     

考虑杆件失稳的单层球面网壳稳定性分析与试验研究

为研究杆件初始缺陷和杆件失稳对网壳结构稳定性的影响,采用ANSYS有限元分析软件,引入杆件的初始缺陷,考虑杆件自身的屈曲破坏,确定其最不利整体缺陷模态和杆件缺陷模态。采用传统梁单元模型和精细化壳单元模型分别对采用圆钢管、矩形钢管、工字钢三种不同截面形式杆件的网壳结构进行稳定性分析,结果表明,考虑杆件缺陷的网壳结构稳定承载力大幅度降低。进行杆件轴力跟踪分析和杆件失稳传导分析发现,单层网壳的整体稳定破坏源于单根杆件的率先屈曲,杆件失稳瞬间迅速向相邻杆件传导,导致结构整体破坏。进行了K6（2）工字钢截面网壳的加载破坏试验,验证了预设缺陷的单根杆件失稳并传递诱发了整体破坏,且承载力受工字钢弱轴缺陷的影响很大。     

单层网壳各向初始缺陷敏感性分析

单层网壳属于缺陷敏感结构,缺陷的存在会使得结构的稳定承载力降低,以往主流的缺陷考虑方法包括一致模态缺陷法和随机模态缺陷法,且这两种方法在缺陷引入时均假定缺陷是沿各向分布的,没有对缺陷方向做出明确说明。本文在随机模态缺陷法的理论基础上,采用有限元软件ABAQUS对700余例凯威特6型网壳进行非线性稳定分析,通过对不同方向上缺陷的引入,发现网壳节点安装偏差中的竖向偏差往往起到控制作用,仅引入节点竖向安装偏差所得的稳定承载力值接近于全方向缺陷情况,且二者的非线性屈曲模态也较为相同。同时,在竖直向缺陷与水平向缺陷共同作用下,水平向缺陷的影响会被掩盖,即在已有竖向缺陷前提下再次施加水平向缺陷对稳定承载力影响不大,二者耦合时竖向缺陷会起到控制作用。     

具有随机几何缺陷的大跨度单层球面网壳稳定性分析

网壳结构的稳定性是单层网壳结构设计中的关键问题。采用改进随机缺陷法对一大跨度K8型单层球面网壳进行随机缺陷稳定性分析,并研究非线性（几何非线性、材料非线性）、缺陷最大值等因素对单层网壳承载能力和临界荷载分布规律及其统计参数的影响。结果表明,单层球面网壳的临界荷载对曲面形状的安装偏差非常敏感,初始几何缺陷的影响非常大。缺陷最大值的增大将会使样本的最大值、最小值、均值及设计临界荷载显著下降,缺陷最大值对样本均方差的影响较复杂。材料非线性对大跨度单层球面网壳极限承载力的影响比较显著和复杂,对同一样本的影响有规律可循,但在不同样本之间没有必然的联系,在单层网壳结构设计中进行弹塑性稳定性分析是非常必要的。     

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。     

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。     

考虑初始缺陷的某穹顶钢结构稳定承载力分析

本文以某单层球面网壳—穹顶钢结构为实例,对结构的整体弹性稳定进行分析,同时采用"一致模态法"引入初始缺陷对结构进行非线性稳定分析,获得了相应结构模型的失稳特征及稳定承载力,分析了初始缺陷对结构稳定承载力的影响。本文得出的结论对实际工程具有一定的指导意义。     

异形单层网壳结构体系优化与整体稳定性研究

单层网壳是近年来大型场馆的常用结构形式,具有结构轻薄、造型多变的特点。由于单层网壳平面外刚度小,因此其整体稳定性是结构设计需要考虑的关键问题。以实际工程案例为背景,研究了异形单层网壳结构的结构受力机制,对不同结构方案的挠度控制效果和经济指标进行了优化比选。采用ANSYS软件对优化完成后的网壳体系进行模态分析,考虑初始几何缺陷的双重非线性整体稳定分析,并分析了整体稳定性对几何缺陷的敏感度。一系列分析证明:通过加强体系的鲁棒性,可在降低用钢量的情况下,使结构稳定承载力仍满足设计要求。     

半刚性节点对单层球面网壳的影响

单层球面网壳作为网壳结构的一种常见形式,对研究网壳结构有着重要意义。随着计算机的普遍应用,模拟并研究节点半刚性已经成为可能。典型算例结果表明,NIDA程序可以准确考虑各种缺陷和设计参数对钢结构稳定承载力的影响。文章主要利用NIDA软件,在模拟节点不同刚度的情况下,研究半刚性节点对于单层球面网壳位移,内力的影响,对刚度进行静力分析。最后对单层网壳的稳定性进行部分深入研究,全面探究半刚性节点对单层球面网壳性能的影响。从而揭示一阶效应在网壳研究中的弊端,而应该采用二阶效应的研究方法,为今后单层球面网壳的进一步研究提供参考。     

杭州国际博览中心单层球面网壳结构稳定性分析

杭州国际博览中心城市客厅部分采用了单层球面网壳结构形式.该球壳跨度较大,且由于建筑需要局部开有两个洞口,体型较为复杂.运用MIDAS有限元分析软件,考虑两种荷载工况对该单层球面网壳结构进行了整体稳定性分析.首先对该结构进行了两种工况下的特征值屈曲分析,预测结构的理论屈曲强度;然后根据球壳的屈曲模态,采用一致缺陷法,对结构体系进行了几何非线性屈曲分析,并对比分析了不同的球壳初始缺陷对结构整体稳定性的影响.研究结果表明:该球壳结构对初始缺陷较为敏感,初始缺陷的存在会明显降低结构体系的稳定性,且缺陷越大其稳定临界荷载系数越小;不同的荷载工况,球壳的临界失稳条件也不相同,临界荷载系数差别也较为明显.     

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。     

某大跨度单层网壳结构设计研究

对某工程的大跨度单层网壳进行结构选型,采用空间结构计算软件分别建立了单层网壳带底部框架模型和单层网壳弹性支座模型,在承载力、刚度验算和整体稳定性分析后,利用有限元分析软件ANSYS Workbench对关键性的铸钢节点进行有限元分析。分析结果表明:该单层网壳结构具有较高的承载力、刚度及稳定性能,关键节点承载力高,安全性好。因此,对于采用混合结构的大跨度空间结构而言,底部框架对整体的刚度影响不容忽视,应采用带底部框架模型和简化弹性支座模型分别进行分析并取包络值作为设计依据。对初始缺陷较为敏感的单层网壳应特别注意施工过程中的加工及安装精度控制。     

单层网壳静力稳定性研究

以K6型单层球面网壳为研究对象,基于非线性有限元理论,研究考虑结构初始几何缺陷、材料非线性以及几何非线性对该网壳结构静力整体稳定性的影响,论述了两类稳定性问题,线性屈曲分析计算得到临界荷载以及屈曲模态,非线性屈曲分析方法为弧长法,分析得到网壳结构的荷载-位移全过程曲线,具有工程实际意义。