单层网壳结构弹塑性稳定性和优化设计研究

以民航博物馆不规则连续单层网壳结构为例,对单层网壳考虑弹塑性稳定性和优化设计进行探讨。比较了各荷载工况作用下的几何非线性极限承载力、弹塑性非线性极限承载力与荷载标准值之比和线弹性外力势能的分布规律,初步探讨了在诸多荷载组合工况中选择单层网壳结构弹塑性稳定极限承载力控制工况的方法。探讨单层网壳考虑弹塑性稳定优化设计的实用简化方法,提出了杆件截面优化的应力比缩减分层法,使复杂的优化设计问题简单化。     

深圳湾体育中心钢结构屋盖稳定性能研究

深圳湾体育中心钢结构屋盖为超大跨度空间结构,由单层网壳、双层曲面网架及竖向支撑系统构成。单层网壳为复杂的空间曲面网格结构,采用箱形弯扭构件编织而成的四边形网格构成。首先基于弹性屈曲分析方法,深入地研究了结构的失稳模态和成因;其次,通过全过程跟踪结构的平衡路径,对结构非线性弹性和弹塑性稳定性能进行了研究,揭示了该类网壳结构的特殊失稳机理,提出针对该工程网壳结构的稳定设计准则;最后,采用有限元对网壳的局部稳定进行了分析,基于分析结果给出了网壳构件的计算长度系数取值。     

南太湖湿地奥体公园体育场屋盖钢结构设计

南太湖湿地奥体公园体育场外形如同百合花,采用叠合开口双层网壳结构体系,由高低两个屋面叠合而成。屋盖钢结构与下部钢筋混凝土看台部分完全脱开,全都支承在标高6.500m的观众室外平台上。在屋盖悬挑端设置观光走廊。由于屋盖钢结构中间开椭圆形洞口,周边六个入口部分同样对屋盖有削弱作用,所以高低屋面各自单独受力时无法满足承载要求,必须通过高低屋面之间的腹杆将之连接成一个整体受力。分别介绍了内力分析、特征值屈曲分析、几何非线性分析、几何材料双重非线性分析、以及典型相贯节点有限元分析的结果,考虑了半跨活荷载的不利影响。分析表明,该屋盖钢结构具有较好的整体稳定性;对于初始缺陷不敏感;当网壳的最大竖向位移超过1m后,较多杆件进入屈服状态,需要通过双重非线性分析才能获得接近实际的稳定承载力。     

深圳湾体育中心钢结构方案设计

作为第26届世界大学生运动会的开幕式体育场,深圳湾体育中心在设计之初,便因其方案的新颖奇特,备受关注。体育中心屋盖部分采用了"建筑结构一体化"的设计手法以及"一场两馆一体化"的设计理念,建筑的复杂曲面造型和紧凑化的设计决定了结构的复杂性。体育中心钢结构屋盖为超大跨度空间结构,平面尺度约530m×240m,由单层网壳、双层曲面网架及竖向支撑系统构成。单层网壳为复杂的空间曲面网格结构,采用箱形弯扭构件编织而成的四边形网格构成。竖向支撑系统包括支撑网壳的31棵树形柱、支撑网架的V形柱、观景桥立柱和下沉广场西立面幕墙柱。介绍了钢结构屋盖的结构体系组成特点,回顾了屋盖钢结构方案设计的全过程。     

索拱桁架-单层网壳复合空间结构的结构设计与稳定性分析

索拱桁架-单层柱面网壳结构综合了索拱桁架与单层网壳结构的优点,可减小支座水平推力、减小单层网壳纵向跨度、提高结构的稳定性,从而实现结构更大跨度的跨越。以一拟建198 m跨、且需支承于15 m高单排混凝土柱列的大跨度煤棚钢结构屋盖为工程背景,开展大跨度索拱桁架-单层柱面网壳结构的设计分析工作,对结构的预应力设计值进行优化分析并在此基础上详细分析结构静动力特性,论证借助索拱桁架-单层柱面网壳结构跨越近200 m级跨度的可行性,揭示结构在各种可能荷载工况下的内力及变形分布规律,并利用ANSYS有限元软件计算了结构的线弹性屈曲特征值和考虑材料和几何双重非线性的极限承载力。     

临沂启阳机场航站楼屋盖单双层混合曲面网格结构设计

为实现大跨度无柱空间及中部上隆的建筑形态,对临沂启阳机场航站楼屋盖结构采用单、双层混合曲面三向网格体系。该屋盖结构总平面尺寸为243 m×180 m,其中单层网壳尺寸为72 m×48 m,曲面形状通过数值逆吊找形获得。整体屋盖由56根斜柱支撑,最大跨度约为83 m,最大悬挑约为20 m,柱顶支座采用固定铰支座和单向弹性铰支座两种型式。针对屋盖结构的特点,采用数值模拟进行了静力性能分析、整体稳定性全过程分析、抗震分析及关键节点分析。分析结果表明：由数值逆吊确定的单层网壳主要通过面内路径传递荷载,同时双层部分可提供较理想的边界支撑条件,使单层网壳面内力能够可靠传递,整体结构受力合理;空侧设置20个单向弹性铰支座能够调节刚度不均匀引起的扭转效应,同时能够较好的释放温度变形,降低结构温度应力;为确保安全,在进行整体稳定性全过程分析时,考虑了多种初始缺陷模态及温升的不利影响,屋盖结构整体稳定性安全系数为2.88;罕遇地震作用下,单层网壳具备较高的安全储备,杆件损伤主要发生在网格高度较大的双层区域及悬挑区域,且塑性发展程度较低;单层网壳和单、双层网壳过渡区的关键节点具备适宜的安全储备,满足强节点的...     

某单层球面网壳结构设计

对某70m直径单层球面网壳进行结构设计,根据受力情况选用了三种截面形式的矩形钢管,主要对自重荷载、温度荷载、雪荷载以及风荷载组合工况下的杆件进行验算。结果表明,杆件承载力满足《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)要求。对网壳结构进行整体稳定分析,首先通过弹性屈曲分析确定最不利工况,然后在最不利工况下,对网壳进行仅考虑几何非线性的屈曲分析及考虑材料及几何双非线性全过程分析。结果表明,网壳的稳定承载力满足《空间网格结构技术规程》(JGJ 7—2010)要求。     

西安领事馆区大剧院屋盖结构设计

西安领事馆区大剧院建筑设计采用飘带状造型,钢屋盖采用单层与双层网壳相结合的结构形式.采用MIDAS Gen软件建立整体计算模型进行分析,采用3D3S软件对屋盖钢结构进行弹性分析,同时考虑几何与材料非线性并采用ANSYS软件进行结构稳定分析.结果表明:屋盖结构的应力变形及整体稳定满足规范要求.对复杂钢结构典型节点进行有限元分析,并根据结果对节点进行施工图设计.各项分析表明结构满足正常使用与地震作用下的性能要求.     

大梅沙酒店大堂网壳结构稳定性分析

稳定性分析在单层网壳结构设计中非常重要。本文对大梅沙酒店大堂单层网壳的稳定性进行了系统的分析。根据静力计算的结果确定杆件截面,并运用有限元分析方法,对结构进行屈曲模态分析,预测出结构屈曲荷载的上限,在考虑初始缺陷、几何非线性和材料非线性的影响下,进行荷载—位移全过程分析,从而确定了结构的极限荷载。结果表明,单层网壳稳定性分析时,应该同时考虑几何非线性和材料非线性。     

单层球面网壳结构稳定性的双重非线性分析

在单层球面网壳结构稳定性研究方面,同时考虑材料非线性和几何非线性的研究领域,很少有人涉足。首先给出了ANSYS模型参数分析方案,再利用ANSYS,考虑了几何非线性和材料非线性两个方面,分析了影响单层球面网壳结构稳定性的三个因素,即球面矢跨比与分割频数、分割扇形面数。并通过38例单层球面网壳结构的分析数据的回归拟合,得到理想的周边铰接的K6-6型单层球面网壳结构的临界荷载的计算公式,通过算例验证了本文公式的有效性。     

大庆石油会展中心椭球形单层网壳稳定分析

本文对大庆石油会展中心椭球形单层网壳进行了全面的整体稳定分析。首先进行了线性稳定性分析，预测结构屈曲荷载的上限；然后，运用非线性有限元方法，考虑几何和材料非线性以及初始缺陷的影响，全面分析了网壳在各个工况荷载下的稳定性能，得到较准确的结果。     

天津商业大学新建体育馆屋盖环桁架拱支单层网壳结构分析与设计

天津商业大学新建体育馆屋盖采用环桁架拱支单层网壳结构体系。结合体育馆屋盖建筑造型,进行了环桁架、拱桁架及单层网壳等的结构布置;依据相关规范考虑各种荷载效应及荷载组合,进行了环桁架拱支单层网壳静、动力性能的分析和设计;对环桁架拱支单层网壳进行了非线性稳定性分析,通过跟踪缺陷结构非线性平衡路径,确定了结构的稳定承载力;最后详细分析了支座水平刚度对环桁架拱支单层网壳结构性能的影响,并建立结构整体模型,分析了下部结构对屋盖钢结构受力性能的影响。分析结果表明,环桁架拱支单层网壳具有很好的承载能力和变形性能,能安全、可靠地完成使用功能。     

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。     

基于性能的大跨度钢结构设计研究

大跨度钢结构从体系到构件再到节点的破坏形态均可归结为大变形失稳,其安全控制指标包括承载力和变形能力两个方面,国内现行钢结构及相关设计规范对大跨度钢结构体系与节点的性能安全控制指标缺乏系统规定。从大跨度钢结构工程设计实践出发并结合试验研究,通过考虑几何非线性、材料非线性的计算分析,得到体系、构件、节点的荷载-应力、荷载-应变、荷载-位移全过程曲线,对基于延性的承载力与变形能力进行分析研究,提出大跨度钢结构体系与节点的弹性、弹塑性承载力、变形能力控制指标,以及基于性能的大跨度钢结构设计方法。     

天津某贝壳形单层网壳整体稳定分析

对天津于家堡站房贝壳形单层网壳进行了全面的整体稳定分析。首先进行线性稳定性分析,预测结构屈曲荷载的上限;然后,运用非线性有限元方法,考虑几何非线性以及初始缺陷的影响,全面分析网壳在各个工况荷载下的稳定性能,得到较准确的结果。     

Y形柱稳定性分析研究

Y形柱是机场航站楼屋盖支承体系中常采用的一种构件形式,作为主要承重构件,其稳定性决定了屋盖结构的整体承载能力。利用荷载-位移全过程跟踪技术,考虑几何非线性、材料非线性和初始几何缺陷,研究了在竖向和水平风、地震作用下薄壁Y形柱的稳定性。研究表明:竖向荷载作用下Y形柱以分叉段平面外屈曲为主要失稳模式;Y形柱对初始几何缺陷不敏感;水平风荷载对Y形柱稳定性不起控制作用;竖向和水平荷载作用下,发生面外失稳前柱子分叉处已经进入塑性变形,柱子强度问题先于整体失稳。     

三心圆柱面双层网壳结构整体稳定性分析

以某电厂干煤棚三心圆柱面双层网壳结构为例,建立结构稳定有限元分析模型,考虑、久荷载+全跨可变荷载""永久荷载+半跨可变荷载" 2种分析工况,取各工况作用下的一阶屈曲模态作为结构的初始几何缺陷分布模态,采用仅考虑几何非线性和考虑几何、材料双重非线性的全过程分析方法,计算得到各模型的荷载-位移曲线和稳定承载力系数,结果表明"永久荷载+全跨可变荷载"工况对结构稳定更为不利;随着缺陷幅值增加,结构稳定系数下降不多,说明初始几何缺陷对结构稳定性的影响较小。结构失稳主要由部分杆件进入塑性引起,采用弹性全过程分析方法会过高估计结构稳定承载力,建议在计算三心圆柱面双层网壳结构的稳定性时采用弹塑性全过程分析方法。     

双曲双扭矩形钢管网壳结构设计研究

采用ANSYS通用有限元软件对临夏民族大剧院双曲双扭矩形钢管屋盖结构进行了地震非线性时程分析和风荷载作用分析;根据分析结果初步确定结构的关键构件,并考虑几何非线性和材料非线性,对网壳关键节点受力性能进行分析;建立与关键构件规格相同的通直矩形钢管,研究2种节点的塑性发展和屈曲形态。结果表明:双曲双扭矩形钢管单层网壳结构不但具有传统球面网壳结构良好的抗震性能和抗风性能,并且能够满足多样的建筑风格;通过对比双曲双扭矩形钢管节点和通直矩形钢管节点的承载力性能和屈曲形态,能够了解结构双曲双扭矩形钢管节点的特点,为后续施工提供指导,对实际工程具有重要意义。     

溧水紫金(永阳)科技创业园会展中心幕墙结构设计

溧水紫金(永阳)科技创业园会展中心建筑总体外形呈复杂的空间球形曲面,采用轻型的大跨度空间单层网壳结构体系。设计过程中,分析了作用于结构的恒荷载、活荷载、风荷载、温度以及地震作用,并对各种工况进行组合,分析结构静力、动力特性,考察杆件承载力及结构稳定性。分析结果表明:经拓扑找形可实现杆件的最优化,高曲率空间双曲面为网壳结构提供了良好的整体稳定性;应用直接分析设计法对网壳进行稳定性分析时,考虑结构整体与构件初始几何缺陷,可准确地反映结构受力和稳定性情况。     

大梅沙酒店大堂网壳结构稳定性分析

稳定性分析在单层网壳结构设计中非常重要。本文对大梅沙酒店大堂单层网壳的稳定性进行了系统的分析。根据静力计算的结果确定杆件截面,并运用有限元软件,对结构进行特征值屈曲分析,预测出结构的屈曲荷载的上限,在考虑初始缺陷、几何非线性和材料非线性的影响下,进行荷载-位移全过程分析,从而确定了结构的极限荷载。结果表明,对单层网壳稳定性分析时,应该同时考虑几何非线性和材料非线性。