Research on stability of single-layer inverted catenary cylindrical reticulated shells

The structural configuration and method of analysis of the single-layer inverted catenary cylindrical reticulated shell are introduced in this paper, and the elastic as well as elastic–plastic stability of this kind of reticulated shell is then investigated. The stability of the structures with different types of grid patterns is compared, and the reasonable grid pattern is hence recommended. The structural buckling mode and ultimate load-carrying capacity are studied in detail by parametric analysis. Influence of various factors on structural ultimate load is investigated, and the fitting formula of ultimate load is thus presented. Comparison analysis between the inverted catenary and circular cylindrical reticulated shells is also carried out. The work will provide guidance in theory for practical applications of this kind of structure.     

强震下单层柱面网壳损伤及失效机理研究

基于结构损伤理论,对单层柱面网壳在强震下的失效机理进行研究。单层柱面网壳在强震下不仅会发生动力失稳,也可能由于过度塑性发展导致动力强度破坏的模式。对于动力强度失效的研究,应当在分析中考虑材料损伤累积以及断裂效应的影响。为在有限元分析中包含这一影响因素,编制了基于通用有限元软件ABAQUS的用户材料子程序,具有较高的计算精度和较好的收敛性。应用其对单层柱面网壳在强震下的响应进行参数研究,并与基于理想弹塑性材料时的响应对比,讨论考虑材料损伤对网壳失效特征的影响。将单层柱面网壳在强震下失效时刻的多项特征响应进行统计分析,拟合了能够表征网壳损伤程度的损伤模型,建立单层柱面网壳在强震下的失效判别准则。针对实际工程抗震设计中采用损伤累积本构模型计算的困难,提出网壳结构失效极限的简化判别方法。     

单层K6型球面胶合木网壳结构受力性能试验研究

为分析不同节点刚度、矢跨比对单层K6型木网壳结构受力性能的影响,设计了4个跨度为4m,矢跨比分别为1/10、1/5,连接节点分别为单列、双列螺栓的缩尺比1∶10网壳试件,进行了全跨、半跨以及破坏荷载作用下的试验。研究结果表明：在不同加载阶段,试件节点位移基本呈顶点位移最大,1环其次,2环最小的趋势,矢跨比对试件的初始刚度影响较大;半跨加载阶段,矢跨比对试件刚度的影响比全跨加载阶段更明显;破坏荷载作用阶段,矢跨比对提高试件跨中挠度达到l/400（l为跨度）时的加载值的影响更大,节点刚度对提高杆件出现第2条裂缝时的加载值的影响更大;矢跨比越大,试件由于节点处应力集中而易发生开裂,节点刚度提高有利于抑制第2条裂缝的发生,并减缓试件刚度的退化;矢跨比大的试件易发生承载力破坏,矢跨比较小的试件易发生失稳破坏。     

单层柱面铝合金网壳结构强震失效机理及地震易损性

通过有限元分析软件ABAQUS建立了单层柱面铝合金网壳结构的有限元分析模型,利用增量动力分析方法（IDA）对网壳结构进行强震作用下动力响应全过程分析,获得了单层柱面铝合金网壳结构强震失效模式。基于模糊数学理论提出单层柱面铝合金网壳结构强震失效判别方法,结合结构损伤理论拟合网壳结构强震损伤因子,通过大规模参数分析定义适用于铝合金网壳结构的损伤程度分级,对铝合金网壳结构不同损伤状态进行划分。通过随机抽样选取一定数量的结构-地震样本,对铝合金网壳结构开展地震易损性分析,通过回归分析建立地震易损性函数,获得单层柱面铝合金网壳结构的概率地震易损性曲线。结果表明：通过结构地震易损性分析可以看出铝合金网壳结构具有良好的抗震性能,在强震作用下保持基本完好或仅有轻微破坏的概率较大。     

大跨单层球面网壳的风振系数及其参数分析

本文针对某工程的单层网壳结构方案,采用其风洞试验数据,通过有限元方法在时域内进行三维风振分析,获得了钢网壳24个风向角下的竖向风振系数值,并通过对试验数据和计算结果的分析,确定了风荷载的不利风向角。同时考虑到钢网壳在风荷载作用下,不仅产生竖向风振,并且存在水平向风振,计算了不利风向角下的顺风向和横风向风振系数。进一步进行了该网壳结构在各种参数工况下风振系数的参数影响分析。结果表明:风振系数随风向角变化敏感,在抗风设计时应该考虑到这一规律;斜杆的使用大大减小了单层球面网壳的风振系数值;边界约束条件对风振系数的影响不大;结构阻尼比对竖向风振影响比水平风振响应更明显,阻尼比增大,风振系数有一定程度的减小。这些结论可为单层网壳结构抗风设计、防灾分析提供借鉴。     

单层折面空间网格结构风荷载特性及等效静风荷载研究

对单层折面空间网格结构的表面风压分布和风振响应特性进行研究,采用荷载 响应相关法(LRC)与惯性力法计算结构的等效静风荷载,并分析了其计算精度,结果表明：在迎风面的体育场屋盖部分,气流在经过迎风面屋盖檐口后发生明显分离,形成漩涡,此处的平均负风压和脉动风压最大;整个屋面的绝大部分表面风压都表现为负压。增加肩谷环后,结构横向刚度提高较大,结构的1阶和2阶振型由原来的结构整体水平振动变为罩棚前端内环端部的局部竖向振动;在单层折面空间网格结构的风振响应中,参与结构振动振型较多,需要考虑多阶振型影响,且参与结构振动的主要为低阶振型;在脉动风荷载作用下各振型耦合作用较小;用LRC与惯性力法得到的单层折面空间网格结构等效静风荷载,计算精度可满足工程要求。     

福建省体育馆双层球面网壳结构风洞试验研究

福建省主馆钢屋盖系统为双层球面网壳,按几何相似比1∶200,采用有机玻璃制作了体育馆及周围建筑的模型,并进行了风洞模拟试验,测试了体育馆的幕墙及屋面内、外表面的风压,研究了体育馆双层球面网壳的抗风性能。试验表明该屋面的迎风面出现正压。分析了表面的风压分布,为结构设计提供了依据。     

单层折面空间网格结构性能研究及设计

结合深圳世界大学生运动会体育中心主体育场结构设计的关键问题,剖析单层折面空间网格结构的受力机理,对其刚度与变形控制、动力特性设计、极限状态下受力破坏机理、稳定承载力及强度设计等问题进行了探讨与研究。研究表明:提高径向拟桁架体系的抗弯刚度,如增大立面拟桁架柱中构件的截面积,以及增大屋面折面或立面折面的高跨比是提高结构整体刚度的有效方式;设置肩谷环向构件能够显著减小结构的自振周期,从而减弱风振效应;应重视受力较大的拉弯主构件设计,其与节点的连接部位在施工时应重点控制焊接质量。合理设计下,单层空间折面网格结构具有良好的刚度、稳定承载力性能及变形能力,同时具有足够的安全储备,在关键部件失效的情况下不会发生连续倒塌。     

弦弓式预应力柱面网壳结构风洞试验及风致效应研究

弦弓式预应力柱面网壳结构是一种新颖的结构形式,通过对网壳下部拉索施加预应力使结构成为自平衡体系,某火电厂干煤棚为弦弓式预应力柱面网壳结构在干煤棚结构中的首次应用,风荷载是其主要荷载之一,目前规范对该类网壳结构的体型系数未作明确规定,因此需要进行风洞试验来确定其体型系数,试验考虑了网壳周边环境的作用,严格模拟了规范规定的大气边界层风场,分析研究了网壳表面风压分布规律及其影响因素,给出了可供设计采用的体型系数,同时进行了风致效应的研究,研究表明,周边环境对网壳表面风压分布的影响较大而煤堆的影响较小,大气边界层风场中风速脉动导致的风压改变在设计时已不容忽视,风荷载对网壳下部预应力拉索应力起着卸载作用,各索的最大应力减少比例在20％左右。     

大跨度柱面网壳结构风荷载特性风洞试验研究

为研究大跨度柱面网壳结构受特征湍流影响的风荷载特性,在大气边界层风洞中对一大跨度柱面网壳干煤棚结构进行刚性模型同步测压试验,获得了结构表面测点在36个风向角下的测压数据。根据测试结果分析了结构的平均、脉动风压分布特性,脉动风荷载谱以及测点间脉动风荷载的相关性等。结果表明：结构在不同风向角下,特征湍流的影响情况不同,平均风压和脉动风压最大值出现的位置和范围存在较大差别;结构迎风位置测点脉动风荷载无量纲功率谱数值较大,且频谱成分复杂,随着气流向尾流区域发展,无量纲功率谱谱峰宽度及对应的无量纲频率具有增大的趋势,且高频段的衰减速度变缓;测点间脉动风荷载相关性随着频率及测点间空间距离的增加而减小,当频率达到30 Hz时,其相干函数值快速衰减,可以近似认为不相关。     

Wind effects on the world’s longest spatial lattice structure: Loading characteristics and numerical prediction

The 486-m long roof structure of Shenzhen Citizens’ Centre is the world’s longest spatial lattice structure. This paper presents some selected results from a combined wind tunnel and numerical simulation study of wind effects on the extra-long-span roof structure. In this study, simultaneous pressure measurements on its entire roof are made in a boundary layer wind tunnel, and the measured wind pressures, such as mean, root-mean-square (rms) and peak pressure coefficient distributions on the roof are presented and discussed. Based on the measured data from a number of pressure taps, a numerical simulation approach using backpropagation neural networks (BPNN) is developed for the predictions of wind-induced pressure time series at other roof locations which are not covered in the wind tunnel measurements. The BPNN is trained with the pressure data time series measured from adjacent pressure taps. The good performance of the developed neural network is demonstrated by comparing the predictions with the model test results, illustrating that the BPNN approach can serve as an effective tool for the design and analysis of wind effects on large roof structures in conjunction with wind tunnel tests.     

矩形钢管单层网壳预埋螺栓装配式节点及其受弯性能试验研究

提出了一种适用于矩形钢管单层网壳结构的新型装配式节点,该节点通过预埋螺栓的方式避免杆件开孔对截面的削弱,构造简单、传力路径清晰,且装配简单方便。通过16个节点的四点弯曲试验,研究了该类节点的受弯性能及失效模式。结果表明：该类节点具有良好的受弯性能,节点受弯能力随螺栓直径的增大、杆件端板厚度的增加以及杆件端板距节点体距离的减小而增强;在弯矩作用下,节点的失效模式主要包括杆件失效、螺栓失效及杆件端板失效;与杆件开孔节点相比,所提节点在受弯承载力及变形能力方面具均有优势,但初始抗弯刚度略低。与试验结果的比较表明,考虑接触效应的非线性有限元分析模型可以较好地模拟节点的受弯性能。     

风致内压及其对屋盖结构的作用研究现状评述

历次风灾调查证实，由于台风中门窗受损建筑物突然开孔而出现较高的风致内压是造成建筑物山墙倒塌、屋面掀翻破坏的主要原因之一。国内对突然开孔状态下的风致内压及其对柔性屋盖结构的作用研究甚少，从理论分析方法和风洞试验两方面全面回顾和总结了国外关于建筑物在开孔情况下风致内压的研究成果，比较分析了刚性和柔性结构的内压瞬态波动理论，明确突然开孔时弹性屋盖发生共振的条件和机理，同时介绍了突然开孔情况下风致内压及屋面结构风振响应风洞试验研究结果，并提出了进一步研究的方向。