六杆四面体柱面网壳的截面尺寸优化研究

对于重复性模块组成的空间结构,参数化的几何堆叠仅解决其构形,传统力学分析也无法解决其力学性能优化问题,主要还是依靠工程师的工作经验来进行优化设计。董石麟教授提出的六杆四面体柱面网壳是一种由相似的四面体模块组成的空间结构,具有线性重复性特点。针对六杆四面体柱面网壳进行截面尺寸优化研究,以关键阶频率最大化为主要策略,结合折衷规划法和质量参与系数确立目标函数,实现1、9、13、54、56、80这六阶频率最大化。优化结果表明:在结构整体减重9. 92%的前提下,结构刚度提高了约12. 25%,各阶频率都有显著增加,起到了良好的优化效果。并验证了线性重复性空间结构截面尺寸优化的可行性。     

基于频率最大化目标的六杆四面体网壳截面尺寸优化研究

随着计算机技术的发展,基于有限元优化的拓扑优化算法在工程设计领域得到广泛应用,以提高结构性能和节约材料.在空间结构领域,目前还并未形成系统性的结构优化策略,主要还是依靠工程师的工作经验来进行优化设计.董石麟教授等提出的六杆四面体网壳是一种由相似的四面体模块组成的空间结构,具有重复性和装配性等特点.本文以六杆四面体网壳为分析对象,进行了结构频率最大化的优化设计.根据挑选出的质量参与系数总和超过90%的7阶模态,建立优化函数最大化这7阶模态的频率,以此提高整个结构的动力学性能.优化结果表明,在结构整体减重18.31%的前提下,各阶频率增加了20%到30%,起到了良好的效果.     

考虑整体稳定的单层网壳截面优化设计

整体稳定性是单层网壳结构设计中的一个关键问题.在进行此类结构的优化时,必须考虑整体稳定性的影响才能得到符合规程要求的设计.本文综合考虑了位移、应力和杆件稳定以及结构整体稳定性条件,提出了基于最优准则法的优化设计方法,可按照钢结构设计规范和网壳结构规程的要求,对单层网壳结构进行杆件截面设计.     

基于风洞试验成果的大跨度网壳结构优化

以某大跨度网壳结构为研究对象,对建筑结构进行了风洞试验.将风洞试验体型系数结果引入大跨度网壳结构并优化设计.应用复形法建立了网壳结构目标函数,初步拟定网壳结构的网格尺寸、网壳厚度、网壳矢高,以杆件的截面面积为设计变量,杆件的强度和最小截面尺寸为约束条件,并编制了相应的程序,对三圆弧网壳结构外形尺寸进行多种方案的优化设计,比较试验与规范风载体型系数优化结果,为类似网壳结构设计提供参考.     

板锥网壳结构的抗风分析

板锥网壳结构是由薄板及钢管组合而成的一种轻质高强、技术经济效益良好的新型空间结构.本文应用谐波法模拟板锥网壳结构所受风荷载,并研究其风致响应特性.根据板锥网壳结构特点,基于CFD方法,采用数值风洞技术模拟结构周围风压变化,得到了板锥网壳结构的风荷载体型系数,并和荷载规范推荐的常规网壳结构的风荷载体型系数进行了比较.采用结构通用分析软件,通过模拟结构周围风压变化,对板锥网壳结构进行了风振响应时程分析,并对不同材料的板锥网壳结构风振响应分析结果进行了对比.为板锥网壳结构的抗风设计提供理论依据,得到了一些可应用于工程实际的重要结论.     

基于单元编码的单层网壳结构拓扑优化方法

针对杆件规模较大的网壳结构的拓扑优化问题,提出了一种单元拓扑编码方法,不仅减少了优化变量,而且降低了机构体系出现几率,提高了优化效率.运用上述拓扑编码方法并结合改进萤火虫优化算法,对单层网壳结构进行拓扑优化分析,并与传统基于杆件编码的拓扑优化方法进行比较,验证了本方法的寻优效率和全局搜索能力.在此基础上,通过设置不同的荷载分布、优化目标和限制条件,获得了一系列形式新颖、受力高效合理、符合优化意图、满足约束条件的网壳拓扑形式,展现了本文方法的工程应用价值.     

板锥网壳结构的静力特性分析

板锥网壳结构是一种受力性能合理、技术经济效益良好的新型空间结构形式.作者对板锥网壳结构的连接构造进行了探讨,采用组合结构有限元法对板锥网壳结构的静力特性及其影响因素进行了系统分析研究,并与普通双层网壳结构进行了比较.分析结果表明,板锥网壳结构比双层网壳结构具有更大的优越性.     

施工期空间网格结构风荷载遮挡效应研究

施工期间的大跨度空间网格结构,由于屋面板等尚未安装,风荷载分布不同于使用阶段,此时结构对风荷载较为敏感.基于计算流体动力学理论,详细研究了未安装屋面板的K6型单层网壳周围的流场分布特征,得到了网壳各部分的风压系数分布特征;详细研究了来流方向前方构件对后方构件遮挡作用的影响大小,得到了风速对网壳各部分风压系数的影响规律;通过调整杆件尺寸,得到了挡风系数对构件风压系数的影响规律;将矩形截面与圆形截面杆件进行对比,得到了不同截面对网壳各部分风压系数的影响.研究表明,为精确计算施工期间网格结构的风荷载,应充分考虑构件之间的相互遮挡效应,该遮挡效应与挡风系数、截面形状有关.实际计算中,为考虑遮挡效应,应将整体结构各部分构件体形系数进行不同程度的折减.本文研究可为空间网格结构风荷载的确定奠定初步基础.     

一种新型空间结构——板锥网壳结构的应用与发展

板锥网壳结构是一种半连续化，半格构化的新型空间结构，它是在板锥单元系和常规网壳结构的基础上组合形成的一种新型结构形式，具有良好的技术经济效益和建筑视觉效果，在国外得到了广泛的应用，值得我国借鉴和应用。     

不同边界下钢-混凝土组合球面肋壳性能分析

钢-混凝土组合肋壳是一种新型大跨度空间结构,边界约束对结构的极限承载力和稳定性具有很大影响.基于非线性有限元理论,建立了考虑几何非线性和物理非线性的数值计算模型,以40m跨、三种不同截面尺寸、不同矢高下的钢-混凝土组合肋壳为例,分析了包括周边固定、周边铰支、点固定和点铰支在内的四种边界约束对结构极限承载力和结构破坏形态的影响.结果表明,截面尺寸和矢高相同时,边界约束越接近刚性,极限承载力越大;随着截面尺寸增大,不同边界约束下承载力比值增大,但随矢高增大,反而减低;不同边界条件对结构失稳形态影响很小,结构均为极值点失稳,荷载-位移曲线的走势大致相同;随着组合肋截面尺寸增大,组合肋壳在不同约束条件下均表现出越来越高的屈曲后强度.     

多目标群智能杂交算法及双层球面网壳动力优化

为了改善多目标粒子群算法在结构多目标优化中的收敛精度和速度,提出了一种新型多目标算法——基于启发式粒子群算法和遗传算法的多目标杂交算法(MHGHA).以双层网壳结构为研究对象,对其在地震作用下的时程响应进行分析,以结构节点最大位移最小化和结构质量最轻化为目标进行多目标优化设计,并与经典算法进行对比.结果表明,杂交算法的收敛精度更高,同时能够实现复杂空间结构多目标优化.     

板锥网壳结构的承载能力分析

板锥网壳结构是一种受力性能合理,技术经济效益良好的新型空间结构形式。本文考虑板片和杆件协同工作时的几何非线性,采用弧长法跟踪荷载—位移全过程平衡路径,对板锥网壳结构的极限承载力性能进行全过程非线性跟踪分析,确定其稳定性能及杆件和锥体单元板件屈服顺序,对板锥网壳结构的破坏机理和极限承载力等问题进行了研究,并与普通双层网壳结构进行了比较,得出了可应用于工程实践的重要结论。     

工程结构优化设计理论与方法

评述了工程结构优化设计研究领域的尺寸优化、形状优化、拓扑优化、布局优化的相关特点和研究进展;基于钢结构,着重分析了高耸结构和大跨空间结构优化设计方法的研究成果,并提出了这两个领域今后的研究方向。     

拉索网壳结构优化设计的快速方法

探讨了以预应力和截面尺寸为设计变量的拉索网壳结构优化设计问题.建立了拉索网壳结构提高承载力的线性规划模型,提出了拉索网壳结构优化设计的序列线性规划法,优化方法采用单纯型法和准则法.算例表明该方法具有较好的计算效率和收敛性.     

尺寸缺陷对单层网壳结构稳定性的影响研究

网壳结构受力合理、造型美观、安装方便,在建筑工程中得到广泛的应用。初始尺寸缺陷对网壳结构的稳定性有着显著的影响。对网壳结构的发展做了简要介绍,并基于ANSYS软件以海南省海口市工业会展中心单层网壳结构为例,对尺寸缺陷与稳定性之间的关系进行了分析。     

球面网壳非规则网格划分方法研究

非规则网格球面网壳是一种用于特殊领域的新型结构,目前国内还没有这种结构理论方面的研究.基于多面体网壳拓扑关系及构型特征,提出了通过球面五边形旋转实现非规则网格构型的理论和基本技术,根据一个基本单元内三角形个数及划分方法确定五边形边长.推导了三角形多面体网壳的基本计算公式,实现了非规则三角形网格多面体网壳的计算机可视化建模,说明本文的构型理论和计算公式是合理的、可行的.     

板锥网壳结构的分析与设计

为了在我国推广应用板锥网壳结构这种新型空间结构形式,对板锥网壳结构的设计方法与连接构造措施、施工与安装技术进行探讨,着重研究了复合材料层合板的设计计算,并提出了一种适用于板锥网壳结构的新型节点形式,可供实际应用参考。     

索撑网壳——一种新型空间结构形式

索撑网壳是一种新型的空间结构形式,主要应用于大跨度玻璃采光顶结构中.本文对一40m跨度的椭圆抛物面索撑网壳结构进行了稳定全过程分析,考察了荷载的不同分布形式、不同索预张力以及不同截面等因素对索撑网壳结构稳定承载力的影响.通过对计算结果的对比分析,初步了解了索撑网壳结构的基本力学性能,为进一步将索撑网壳结构推向工程实践奠定了基础.     

混合型穹顶网壳结构的静力特性分析

混合型网壳结构是一种新型的空间结构形式。文章以穹顶网壳与钢筋混凝土带肋薄壳组成的混合型穹顶网壳为例,通过有限元程序分析了混合型穹顶网壳结构的位移和内力分布规律,对于促进该结构设计应用的深入研究具有参考价值。     

板锥网壳结构的简化计算法——等代杆系法

板锥网壳结构是一种受力性能合理、技术经济效益良好的新型空间结构形式。对板锥网壳结构提出了一种实用的简化计算法———等代杆系法 ,通过等效刚度矩阵法确定等代杆件的等效面积 ,并按空间桁架位移法计算其内力和位移。该法计算简便并具有一定的计算精度 ,可用于板锥网壳结构的初步设计