摩擦摆支座在K8型单层球面网壳结构中的隔震研究

为获得应用摩擦摆支座(FPB)单层球面网壳结构的抗震性能,将摩擦摆支座精细化有限元模型应用到跨度为80 m的K8型单层球面网壳结构中,对两种支承形式的网壳结构施加相同的地震波.依据结构杆件和节点动力响应对摩擦摆支座的隔震效果进行分析,讨论了在水平和竖向地震动时摩擦摆支座的摩擦系数和曲率半径对单层球面网壳地震响应的影响规律.结果表明:随着地震动强度的增强,摩擦摆支座的最优摩擦系数也随之增加;摩擦摆支座曲率半径越大网壳结构的地震响应越小.在上述研究基础上,对单层球面网壳结构如何选择摩擦摆支座进行了一些讨论.     

三维地震作用下应用FPB单层球面网壳抗震性能

为准确确定三维地震作用下应用摩擦摆支座(FPB)单层球面网壳结构的减震效果,在精细化建模基础上,分析了摩擦摆支座的隔震机理,并对摩擦摆支座单层球面网壳结构从静力和动力两个方面进行分析.静力荷载作用下,从结构内力、变形和稳定性3个方面分析摩擦摆支座对网壳结构静力力学性能的影响;三维地震作用下,应用动力时程分析方法分析了地震动强度以及摩擦摆支座参数对单层球面网壳抗震性能的影响规律.结果表明:静力作用下,加强外环杆件能有效改善摩擦摆支座对网壳结构的不利影响;三维地震作用下,地震动强度越大,摩擦摆支座隔震性能越好;摩擦摆支座的最优摩擦系数随着地震动强度的增大而增加;摩擦摆支座曲率半径越大网壳结构的抗震性能越好.     

某变曲率摩擦摆隔震支座设计与有限元分析

介绍了变曲率摩擦摆隔震支座的特点,分析了不同参数对变曲率滑动曲面的影响.将某球面摩擦摆隔震支座改进设计为变曲率滑动曲面的摩擦摆支座,并利用有限元软件ABAQUS对隔震支座进行实体单元建模.对比了不同曲率变化程度的变曲率摩擦摆支座和球面摩擦摆支座在低周反复荷载作用下的滞回性能.数值分析结果表明：变曲率摩擦摆隔震支座的滞回曲线饱满,具有良好的滞回耗能能力,且其滞回耗能能力优于球面摩擦摆支座;当滑动曲面方程选择合适时,该支座的耗能能力可达到最佳.     

变曲率摩擦摆隔震支座理论分析与数值模拟

介绍了变曲率摩擦摆隔震支座的基本构成,从力学平衡原理出发对变频式摩擦摆隔震支座和锥形摩擦摆隔震支座两类变曲率摩擦摆隔震支座进行理论分析,推导出变曲率摩擦摆隔震支座的刚度,探讨了支座的自回复特性,得出支座最大残余位移的计算公式。采用ABAQUS软件对2类变曲率摩擦摆隔震支座进行实体单元建模,模拟了低周反复荷载作用下的滞回特性与回复特性,并与（球面）摩擦摆隔震支座进行对比分析。研究结果表明：1）理论分析和数值模拟结果吻合较好;2）变曲率摩擦摆隔震支座的滞回曲线饱满,具有良好的滞回性能,且与初始刚度相同的（球面）摩擦摆隔震支座相比,其等效粘滞阻尼比和耗能系数更大,具有更强的耗能能力;3）变曲率摩擦摆隔震支座的刚度由曲率半径,即曲面函数决定,经合理设计可使得其刚度随着位移增大呈现逐渐减小的趋势,从而使其自振周期随着位移增大而逐渐增大,可较好的解决隔震结构的低频共振问题;4）与（球面）摩擦摆隔震支座相比,该支座刚度软化的机制可使传递给上部结构的剪力减小;5）该支座的最大应力出现在支座位于设计位移时刻,且一般位于滑块或支座板球铰面边缘;6）该支座的最大残余位移由摩擦系数和曲面函数各参数共同决定,可通过理论分析和数值模拟进行合理的参数化设计将其控制在工程可接受的范围内。     

SMA-橡胶复合支座在空间网壳结构中的隔震研究

为了减轻大跨屋盖地震灾害,在综合普通橡胶支座与形状记忆合金(SMA)特点的基础上,提出并设计了一种SMA-橡胶复合隔震支座,给出了隔震支座的力学模型.将设计的复合支座应用于空间网壳结构,探讨了其隔震控制理论,建立了隔震网壳结构的运动方程.通过对一单层柱面网壳的隔震分析表明,SMA-橡胶复合支座可有效减小网壳结构的地震响应,并且比普通橡胶支座具有更好的隔震效果.     

隔振支座对大跨度网壳的振动控制分析

本文通过建立了橡胶隔振支座与设置隔振支座的网壳结构的力学模型,研究了隔震支座控制下,大跨度空间单层柱面网壳结构在地震作用下振动响应,结果表明:隔震支座对结构的振动可以起到良好的控制作用,但地震强度对隔震支座耗能能力影响较大,在最大水平行程内,地震强度越大,耗能能力越强;在不同地震波作用下,隔振网壳结构体系的振动控制效果有所不同,其中:EL Centro波作用的结构被动控制效果最佳。     

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.     

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.     

单层球面网壳的动力分析

运用有限元分析软件ANSYS计算分析了网壳跨度、矢跨比、支座刚度和网格尺寸对凯威特型单层球面网壳结构自振特性的影响.得出了正放四角锥型单层球面网壳结构的自振频率变化规律和抗震设计的有关结论.     

单层球面网壳在强震作用下的损伤模型

为获得单层球面网壳强震损伤模型,采用ABAQUS软件并自主开发了考虑损伤累积影响的材料子程序,对跨度40m单层球面网壳在强震作用下的全过程动力响应进行了参数研究.统计结构的多项宏、微观响应,建立了理想单层球壳在强震作用下的损伤模型;同时,对考虑初始缺陷的单层球面网壳也进行了分析,比较了是否考虑初始缺陷对结构抗震性能及失效机理的影响,在此基础上建立了考虑初始缺陷单层球面网壳的损伤模型,提出了强震下结构的强度破坏判别准则.     

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PG A （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PG A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 PG A 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。     

单层柱面网壳2类模型的地震响应比较分析

为了研究单层柱面网壳节点刚度对结构地震响应的影响,应用有限元软件ANSYS/LS-DYNA中的壳单元Shell163和梁单元Beam161分别建立了2类相同尺寸的网壳模型.2类模型的主要区别是:壳单元模型中可以按构件的实际尺寸建立空心球节点,并且壳单元节点模型的承载力值与实体单元节点模型值接近.通过改变结构参数,比较了矢跨比、长宽比和跨度变化时同类模型间的响应变化,以及同一结构参数下2类模型的地震响应差值.结果表明:结构参数变化时,2类模型的响应变化幅度存在明显差异;同一结构参数下,2类模型的响应差值变化较大,在进行此类结构地震响应分析时应考虑球节点的刚度影响.     

Wind-induced vibration of single-layer reticulated shell structures

Aiming at the dynamic response of reticulated shell structures under wind load, systematic parameter analyses on wind-induced responses of Kiewitt6-6 type single-layer spherical reticulated shell structures and three-way grid single-layer cylindrical reticulated shell structures were performed with the random simulation method in time domain, including geometric parameters, structural parameters and aerodynamic parameters. Moreover, a wind-induced vibration coefficient was obtained, which can be a reference to the wind-resistance design of reticulated shell structures. The results indicate that the geometric parameters are the most important factor influencing wind-induced responses of the reticulated shell structures; the wind-induced vibration coefficient is 3.0 - 3.2 for the spherical reticulated shell structures and that is 2.8 - 3.0 for the cylindrical reticulated shell structures, which shows that the wind-induced vibration coefficients of these two kinds of space frames are well-proportioned.     

考虑损伤累积的圆钢管本构模型力学行为特点与数值分析

由于单层网壳结构主要以圆钢管为主，因此圆钢管本构模型更适用于研究单层网壳结构的力学行为。为探究材料损伤累积对单层网壳结构动力响应的影响，本文以圆钢管考虑损伤累积的本构模型为研究对象，通过与Prandtl-Reuss材料本构模型在屈服准则、弹性刚度矩阵、弹塑性刚度矩阵、加载准则、流动法则及应力跌落等方面的对比，分析其力学行为特点，给出其数值积分格式，并基于有限元软件ANSYS开发了考虑损伤累积的用户材料子程序，采用该子程序研究了单层网壳在强震作用下的动力响应。结果表明：Prandtl-Reuss材料模型高估了单层网壳结构的抗震性能，考虑材料损伤累积的结构失效时，结构动力极限荷载相比于P-R模型降低了12.24%，绝大多数杆件全截面屈服，形成大量塑性区带；损伤累积效应一方面会降低结构的动力极限荷载，扩大损伤分布，加深损伤程度，加速结构破坏进程，另一方面也将造成结构的失效模式由动力失稳向强度破坏转变。本文基于有限元软件ANSYS开发的考虑圆钢管损伤累积的材料子程序具有较高的计算精度，且其数值积分策略及用户材料子程序有效、可行，能够为单层网壳结构的抗震性能提供更加精确的分析与工程设计。     

六杆四面体双曲面冷却塔网壳的构形、静力与稳定性能

提出由投影面为四边形的六杆四面体所集合组成的双曲面网壳,可以用作大型钢结构冷却塔的主体结构. 探讨该网壳形式的构形,它构造简单,兼具单层网壳与双层网壳的特性. 总结了正交正放与正交斜放2种基本布置形式,对正交正放的双曲面冷却塔网壳进行静力、线性与非线性稳定分析. 结果显示,该网壳内力分布合理,上、下弦杆及顶部环杆在受力上起到不同的作用,分工明确;线性与非线性稳定性能良好,且结构对于缺陷不敏感;网壳具有较好的经济指标,容易实现工业化生产与装配化施工.     

钢网壳弹塑性地震反应分析

利用结构弹塑性地震反应理论,采用理想弹塑性模型,通过结构非线性分析程序,对双层柱面网壳进行了地震作用下的弹塑性分析．对杆件进入塑性后网壳的地震响应和抗震性能进行了较详细的研究,同时给出了对网壳工程设计有指导意义的结论．