杆件初始缺陷对单层凯威特球面网壳地震响应影响研究

为研究杆件初始缺陷对单层凯威特球面网壳地震响应的影响,利用OpenSEES有限元程序,采用多段梁法模拟杆件初始缺陷,给出了OpenSEES模拟空间网格结构圆管杆件滞回的多段梁法建模参数合理取值,基于GB 50017—2003《钢结构设计规范》中压杆稳定系数拟合了圆管等效偏心率和正则化长细比的关系式。考虑杆件初弯曲方向随机分布,建立了不同参数单层凯威特球面网壳模型,对网壳增量动力分析的最大位移进行了比较。结果表明：当网壳处于弹性状态时,杆件缺陷对其地震响应的影响可以忽略;当网壳进入塑性状态后,杆件缺陷对其地震响应的影响不可忽略,不同杆件初弯曲方向的网壳地震响应离散程度随地震动强度提高基本呈增大趋势;地震动强度较大时,考虑杆件缺陷和结构整体缺陷的单层网壳地震响应和仅考虑整体缺陷的单层网壳地震响应差异较大,两者最大位移的相对大小并无规律性,其关键影响因素为地震作用下塑性杆件分布的离散程度。     

考虑杆件失稳影响的网壳结构稳定性研究

为了解和掌握杆件失稳对网壳稳定性的影响,指出判别网壳结构杆件失稳的关键问题并提出杆件失稳的判别方法。采用有限元软件ANSYS及自编的前后处理程序对已有网壳试验进行对比分析,得到模型结构的全过程响应、杆件失稳的判断结果和杆件失稳对结构的影响,分析结果符合已有试验结果。并以Kiewitt8型球面网壳为例,分析网壳结构杆件失稳特征及在网壳结构中的传播规律。同时,在考虑杆件稳定性的基础上,考察材料非线性、初始几何缺陷以及杆件挠曲二阶效应和挠曲失稳对杆件稳定性和网壳稳定性的影响规律。结果表明提出的方法可以有效地判断网壳结构杆件的稳定性,杆件失稳及其传播将直接影响结构稳定性。     

考虑整体和构件几何缺陷的隐式框架-支撑结构动力弹塑性二阶效应分析

通过对ETABS软件进行二次开发,给出《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)直接分析设计法在ETABS软件中的实现方式。在此基础上,以山东某高层住宅项目采用的隐式框架-支撑结构体系为例,采用考虑结构整体初始几何缺陷和构件初始缺陷的动力弹塑性分析方法,分析该结构在大震作用下的动力响应和两种缺陷对结构抗震性能的影响。分析结果表明:罕遇地震作用下,有无考虑缺陷和二阶效应时得到的结构最大层间位移角均未超过1/50限值,支撑起到了第一道抗震防线的作用,框架柱保持弹性,满足"强框架,弱支撑"的设计要求。考虑缺陷和二阶效应会使结构最大层间位移角有所增加,根据结构二阶效应系数和延性系数可近似估算二阶效应对最大层间位移角的放大系数;对于高延性结构,在进行动力弹塑性分析时,应考虑缺陷和二阶效应对结构抗震性能的影响。     

某高烈度区超限减震框剪结构弹塑性地震响应影响因素分析

对位于高烈度区、采用黏滞流体阻尼器减震设计的某高度超限钢筋混凝土框架-剪力墙结构进行弹塑性时程分析,研究了地震波幅值、黏滞流体阻尼器的阻尼系数和阻尼指数对该结构弹塑性地震响应的影响。采用MARC软件对整体结构进行建模与弹塑性时程分析,并基于MARC软件介绍了模拟混凝土梁、柱的纤维梁模型,模拟剪力墙的分层壳模型与黏滞流体阻尼器的模拟方法。分析结果表明:地震波幅值增大时,阻尼器的减震效果降低;阻尼指数不变时,结构的弹塑性地震响应随阻尼系数的增大而减小;阻尼系数不变时,结构的弹塑性地震响应随阻尼指数的增大而增大;但是结构在罕遇地震作用下的响应对阻尼系数和阻尼指数的变化不敏感,因此阻尼器参数的优化可以只考虑多遇地震作用。     

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。     

基于纤维模型的单层球面网壳抗震倒塌反应分析

通过纤维模型对悬臂杆荷载-位移(P-δ)效应进行模拟,并与采用其他有限单元的模拟结果对比,验证时程纤维模型在模拟单层网壳结构杆件二阶效应变形以及塑性发展路径两方面的精确性。基于纤维模型和动力增量时程分析法,以倒塌边缘比(CMR)作为抗地震倒塌评估指标分析了单层球面网壳结构的初始几何缺陷、屋面荷载、结构矢跨比、结构跨度对抗地震倒塌能力的影响。     

铝合金柱面网壳结构弹塑性稳定性研究

对铝合金柱面网壳结构弹塑性稳定性进行了系统的研究,设计了符合实际工程应用的55例铝合金柱面网壳。通过ANSYS有限元软件对柱面网壳进行弹塑性全过程分析,分析了跨厚比、矢跨比、材料非线性、荷载分布模式和初始缺陷对柱面网壳整体稳定承载力的影响。根据初始缺陷不同、作用荷载不同等设计了660例柱面网壳,并对其进行有限元分析,提出了柱面网壳弹塑性整体稳定设计方法。     

基于精细化构件模型的网壳结构动力响应分析

为得到网壳结构在动力荷载作用下的精确响应，应建立能够同时模拟受拉强化和受压屈曲的精细化构件模型。基于滞回模型耗能相等原则，建立轴向受力带缺陷构件的等效Marshall模型。通过参数分析，研究截面参数、初弯曲幅值、材料屈服后弹模折减系数和长细比等构件基本参数对等效Marshall模型各系数的影响，并给出各控制系数的计算公式。对一个缩尺K6网壳模型进行振动台试验和有限元模拟分析，结果表明：基于等效Marshall模型的精细化构件单元可以准确模拟构件受力状态的动态变化过程，其残余位移计算结果与试验结果的平均误差为13%，优于传统Marshall模型计算结果，满足实际工程应用的精度；此外，采用未考虑构件初弯曲的构件模型将高估网壳模型的实际承载力。     

基于离散单元法的单层网壳结构冲击破坏#br# 数值模拟研究

基于传统离散单元法的接触模型,通过能量守恒定律推导适用于杆系结构的离散元模型接触刚度。将分层梁理论引入到离散单元法中,给出接触的塑性判断准则以及推导接触进入塑性后的刚度系数,从而可以应用离散元方法解决杆系结构的弹塑性问题。通过定义离散单元法基于应变的断裂准则,将其应用于解决杆件的断裂问题。选取适用于碰撞问题的赫兹模型,给出赫兹模型刚度的设置方法。最后应用改进后的离散单元法对单层网壳冲击试验进行了考虑弹塑性、断裂、碰撞的全过程模拟,验证了该方法的正确性。并对Kiewitt单层球面网壳单点冲击和多点冲击进行数值模拟研究,分析了单点和多点冲击下单层网壳的破坏模式、冲击力、节点位移和支座反力的异同点。     

阶跃荷载作用下单层球面网壳动力破坏研究

针对K 8型单层球面网壳在阶跃荷载下的响应进行了系统分析,综合多项特征响应指标分析了结构响应特点并给出结构破坏定义.在大量参数分析的基础上,讨论了屋面重量、矢跨比、跨度和初始缺陷对结构破坏临界荷载、结构塑性发展、位移延性系数的关系,为网壳动力破坏机理研究提供了大量基础性材料.     

K6型单层球面网壳的弹塑性稳定

本文有计划地对1200余例实际尺寸的K6型单层球面网壳进行了双重非线性全过程分析,求得了它们的极限承载力,系统地考察了初始缺陷和荷载不对称分布等因素对网壳性能的影响,并重点讨论了材料非线性对网壳极限承载力的影响.通过这种大规模参数分析研究,较全面了解了K6型单层球面网壳弹塑性稳定性能的规律,在此基础上对以往仅考虑几何非线性的网壳极限稳定承载力实用公式进行了修正.     

轴压作用下组合柱形壳基于可靠度的Knockdown系数

收集整理了目前所有轴压作用下的组合柱形壳试验的文献数据。完成了能适用于所有柱形壳试验构件的分项荷载理论估算法,联合运用＂双向及扭转模型＂和Galerkin近似法来求解稳定性微分方程。推导出与理论预测相关的试验性Knock-down系数,用于调整内部规范的振幅缺陷,该规范利用对称正弦不完全性来计算柱形壳的破坏荷载。对＂等效不完全振幅＂进行了统计性分析,通过利用不完全灵敏度曲线完成了Monte Carlo模拟,并获得了各种具有不同堆积规律的柱形壳的基于新可靠度的Knockdown系数。相比由各向同性壳体推导而来的原设计数值,基于试验结果统计分析直接获得的数值以及基于校准的不完全振幅统计性分析获得的数值有了很大的改进。     

单层球面网壳的最不利简单动荷载分析

同时考虑了几何非线性与材料非线性,分别对简谐荷载、阶跃荷载作用下的单层球面网壳进行了最不利动荷载分析:通过变换简谐荷载的频率和阶跃荷载的持时,明确了结构动力响应与其自振特性及荷载频谱特性之间的关系,确定了何种条件下的荷载为结构最不利动荷载。结果表明:无论是水平还是竖向简谐荷载,当激励荷载频率与激励作用方向最大振型参与系数所对应的固有频率接近时,为结构的最不利动荷载;无论是水平还是竖向阶跃荷载,当荷载持时为荷载作用方向最大振型参与系数所对应的固有周期的1/2时,为结构的最不利动荷载。     

K8型单层球面网壳的弹塑性稳定

对1 200多例实际尺寸的K8型单层球面网壳进行双重非线性全过程分析,求得它们的极限承载力,并系统考察初始缺陷和荷载不对称分布等因素对网壳稳定性能的影响,重点讨论材料非线性对网壳极限承载力的影响。通过这种大规模参数分析研究,较全面揭示K8型单层球面网壳弹塑性稳定性能的规律性,在此基础上对以往仅考虑几何非线性影响的K8型网壳极限承载力实用公式进行修正。     

Influence of geometric imperfections on the load capacity of orthotropic stiffened and composite shells of revolution with arbitrary meridians and boundary conditions

A stiffness matrix for an element of a shell of revolution has been derived, considering arbitrary load distributions and initial geometric imperfections. This element-stiffness matrix is based on the transfer-matrix method and describes the whole section of a shell of revolution between two rings in modal coordinates (a so-called super-element). The modal coordinates here are circumferential Fourier members, thus reducing the partial differential equations to ordinary ones.

Several stability analyses investigating the sensitivity of composite shells to different geometric imperfection shapes were carried out. The influence of the load distribution and boundary conditions in combination with geometric imperfections was analysed by different modellings of a hypothetical Jupe Avant shell of the ARIANE 5 rocket.     

巨型钢框架结构性能分析及二阶效应的影响

分析了巨型钢框架结构的静力性能 ,深入研究了结构在竖向荷载和水平风荷载作用下的传力机理、力学特性和变形特点 ,并以结构的变形为指标 ,三维输入地震波 ,按照考虑几何非线性和不考虑几何非线性分析了二阶效应对巨型钢框架结构时程分析的影响。     

Experimental investigation of buckling of wind turbine tower cylindrical shells with opening and stiffening under bending

An experimental and numerical study of the buckling behavior of cantilevered shells with opening and stiffening is presented in this paper. Unlike previous experimental studies, the present work focuses on shell slenderness as well as opening and stiffening reflecting the main geometric characteristics of wind turbine towers. The specimens can be classified as medium slenderness shells affected mainly by inelastic effects and secondarily by geometric imperfections. Both load–displacement curves as well as strain measurements are presented and compared with numerical predictions by finite element analyses, accounting for both inelastic effects and geometrical nonlinearity as well as for contact interaction between the various parts of the specimens. A good agreement between numerical and experimental results was found in terms of load–displacement curves and ultimate load. Due to the influence of the shape and size of geometric imperfections, a complete match of the numerically obtained strains to the corresponding experimental ones was not possible. The provided stiffening was found to be able to compensate the strength loss due to the presence of the cut-out.     

Kriging response surface reliability analysis of a ship-stiffened plate with initial imperfections

The use of structural reliability methods with implicit limit state functions (LSFs) shows the increasing demand for efficient stochastic analysis tools, because the structural behaviour predictions are often obtained by finite element analysis. All stochastic mechanics problems can be solved by Monte Carlo simulation method, nevertheless, in most cases, at a prohibitively high computational cost. Several approximations can be achieved using first-order reliability method (FORM) and second-order reliability method and response surface methods. In this paper, a method that combines the FORM and Kriging interpolation models, as response surface, is proposed. The prediction accuracy of the Kriging response surface obtained from different sampling techniques is assessed, and the failure probability estimates calculated by the FORM using the classical second-order polynomial regression models and the Kriging interpolation models as surrogates of nonlinear LSFs are compared. The usefulness and efficiency of the reliability analysis using the Kriging response surface are demonstrated on the basis of existing results available in the literature and with an application problem of a stiffened plate structure with initial imperfections.     

真空引起的薄壁圆筒屈曲压力预测

研究均匀外压力下初始缺陷对圆柱形薄壳结构屈曲性能的影响。对缩尺薄壁圆筒的外形进行分析以测量壳体表面的几何缺陷。有限元分析时将这些初始缺陷考虑在内,并进行静态几何非线性分析。在实验室进行圆筒的倒塌试验,并将试验结果和有限元分析结果进行比较。结果表明,有限元分析能够准确预测圆筒的破坏坍塌压力和后屈曲模态。