单层球面网壳结构抗震性能研究

本研究了单层网壳结构地震响应的计算理论和计算方法。以K8型单层球面网壳为研究对象,得出了单层网壳在水平地震作用和竖向地震作用下的力学响应特性的一些重要结论。进一步针对地震响应的主要影响参数,如结构几何参数、边界刚度、阻尼比等,对单层球面网壳地震响应规律作了系统的研究,并提出了对单层网壳结构抗震设计有应用价值的结构和建议。     

单层球面网壳地震反应特征分析

考虑不同矢跨比、荷载、跨度和支座刚度等多种因素的影响,对单层球面网壳在地震作用下的反应进行了较全面的研究,给出了其随各参数变化的规律,得出了在单层球面网壳抗震设计中起控制作用的是水平地震作用而不是竖向地震作用等有益的结论.此外本文还给出了由于阻尼比不同而需对引用现行抗震规范反应谱分析的网壳地震作用进行修正的建议.     

基于SMA—橡胶支座和碟形弹簧的球面网壳结构多维隔震

球面网壳结构是典型的大跨度空间结构,地震时水平和竖向地面运动分量对其地震响应的影响均十分显著。为了提高其抗震性能,采用SMA—橡胶支座和碟形弹簧形成分段隔震机制以降低结构的多维地震响应。本文建立了SMA—橡胶支座和碟形弹簧的隔震计算模型。进而,根据球面网壳结构多维隔震的动力方程,针对某单层球面网壳结构,开展了其在不同地震作用下的多维隔震控制研究。由时程响应的数值模拟结果可见,多维隔震网壳结构的杆件内力、加速度响应和位移响应较无控结构有了显著的降低,从而验证了所提出的多维隔震技术对于保护球面网壳结构免遭地震灾害破坏的有效性。     

单层网壳结构在地震作用下的弹塑性动力响应研究

采用U L有限元列式 ,基于各向同性强化模式 ,Von Mises屈服准则和Prandtl Renss增量理论 ,针对强烈地震作用 ,考虑结构的几何和材料非线性 ,研究单层网壳在多维地震作用下的弹塑性动力响应计算。提出了一种有效的适用于网壳结构非线性动力响应的增量 /迭代有限元计算方法 ,考虑了转角大位移的精确计算 ,并对一个短程线形单层球面网壳结构进行了地震响应的双重非线性时程分析研究 ,探讨了结构的延性抗震性能     

屋面系统对单层球面网壳稳定性及地震响应的影响研究

单层球面网壳的静力稳定性及抗震性能已经取得较为系统的研究成果,但在传统的研究方法中,学者们只考虑结构部分,忽略了屋面板、吊顶、隔墙等非结构构件的影响;其中,屋面系统作为一类非结构构件,其平面刚度较大、在动力荷载下的阻尼也较大的特点会在一定程度上影响结构的受力特性。因此,选取考虑屋面系统的单层球面网壳作为研究对象,开展屋面系统对于单层球面网壳弹塑性稳定性及抗震性能的影响研究。采用有限元分析软件ABAQUS分别建立带屋面系统单层球面网壳和传统单层球壳的数值模型;通过弧长法分别对两种模型进行均布荷载作用下的非线性数值模拟,对比分析屋面系统对单层球面网壳弹塑性稳定承载力的影响;对考虑屋面系统的网壳结构进行不同地震荷载作用下的时程动力分析,采用基于响应的分析方法,考察屋面系统对于网壳结构抗震性能的影响,得到屋面系统会显著提高网壳整体刚度、增强结构抗震能力的结论;本研究可为以后网壳结构的理论研究及工程实践提供一定的参考。     

单层球面网壳在多维地震作用下的随机响应分析

采用课题组推导的多维虚拟激励理论方法及自编计算机程序，对常用K6型单层球面网壳多维地震反应规律进行了系统研究。论文首先对功率谱计算时的参数取法进行了讨论，然后对单层球面网壳进行了大量多维与单维响应对比分析，考虑了矢跨比、荷载、跨度等主要结构参数影响，给出了主肋、环杆、斜杆在不同参数下多维与单维地震反应对比规律及数值范围。分析结果表明，网壳大量主要受力杆件三维地震内力远远大于单维地震内力，得出在网壳抗震设计中必须要进行三维地震作用分析的结论。本文结果为网壳工程设计提供了参考。     

半刚性节点单层球面网壳结构的抗震性能及其设计方法

由单根或多根螺栓现场拼装而成的半刚性节点单层球面网壳逐渐受到工程设计人员及一些学者的关注。这种节点具有一定的弯曲刚度和扭转刚度,是介于刚接和铰接节点之间的一种半刚性节点。利用文献中的弯矩-转角曲线对凯威特型半刚性螺栓球节点单层球面网壳的抗震性能进行了较为系统的分析,包括其自振特性及杆件地震内力系数随矢跨比、跨度、屋面质量、杆件截面、地震动、节点弯曲刚度等参数的变化规律;通过大规模参数分析,采用基于包络响应的地震内力系数统计方法,给出凯威特型半刚性节点单层球面网壳考虑杆件弯矩影响的地震内力系数取值;提出基于地震内力调整系数的凯威特型半刚性节点单层球面网壳的实用抗震设计方法,可为工程设计提供参考。     

带初始角度的摩擦摆支座单层球面网壳结构受力性能研究

将带初始角度的摩擦摆支座应用到单层球面网壳结构中,通过有限元分析,研究了单层球面网壳结构的受力性能。选取El Centro波、Taft波,在水平、竖向和三维地震作用下分析带初始角度的摩擦摆支座对单层球面网壳结构抗震性能的影响。结果表明:静力荷载作用下,随着摩擦摆支座初始角度的增大,支座提供的水平支承力增加,单层球面网壳结构的内力和变形减小;当摩擦摆支座的初始角度小于15°时,在水平和三维地震作用下,网壳结构的减震效果相近,而在竖向地震作用下,随着摩擦摆支座初始角度的增大,网壳结构的减震效果增加;建议摩擦摆支座的初始角度小于15°。     

双层球面网壳屋盖结构的摩擦摆层间隔震研究

为了深入研究摩擦摆(FPS)隔震网壳结构的抗震性能,将这种隔震装置用于双层球面网壳结构的层间隔震。首先介绍了FPS支座的减振原理,建立了层间隔震网壳结构的运动方程。通过层间隔震双层球面网壳屋盖模型在三向地震作用下的时程分析,全面考察了屋盖结构、支承结构和FPS支座的地震响应。研究结果表明,FPS支座有利于保护整体结构,可有效地应用于球面网壳屋盖结构的层间隔震。     

应用摩擦摆支座的单层球面网壳地震响应分析

为研究摩擦摆支座对网壳结构抗震性能的影响,本文分析摩擦摆支座的隔振机理,应用LS-DYNA有限元软件对摩擦摆支座进行实体建模,并验证该种建模方法的正确性。将静力作用下的铰支座和摩擦摆支座单层球面网壳的力学性能进行对比,结果表明应用摩擦摆支座使网壳结构的初始变形增大;在此基础上,对应用摩擦摆支座的单层球面网壳施加不同强度的地震动,从杆件轴力、节点加速度和节点相对位移三个方面对结构的动力响应特性进行分析,并讨论摩擦摆支座在单层球面网壳结构中的有效性和适应性,得到随着地震动强度的增加,轴力振动幅值减小的杆件数目及加速度和相对位移减小的节点数目也是增加的结论。最后,通过对最外环杆件截面加强,对应用摩擦摆支座的单层球面网壳同样进行地震响应分析,讨论外环杆件加强对结构抗震性能的影响。     

冲击荷载作用下带下部钢管柱单层球面网壳结构动力响应分析

为研究带下部钢管柱的单层球面网壳在冲击荷载下的动力响应,在ANSYS/LS DYNA中建立70 m跨度带下部钢管柱的K8型单层球面网壳与正方体冲击物的数值模型并进行数值分析。根据结构动力响应和最终变形,总结了结构在冲击荷载作用下的4种响应模式,并分析了各响应模式下的动力响应（冲击力、节点速度、节点位移、杆件应力）特点。通过改变冲击点位置以及下部柱高度等参数,分析这些参数对带下部钢管柱的单层球面网壳结构响应模式的影响,揭示了结构响应随各参数的分布规律。研究结果表明:水平侧向冲击作用下结构的冲击力主要为等腰三角形脉冲荷载;冲击柱顶点时,上部结构有杆件失效,结构的节点水平位移和杆件应力最大;冲击柱高度较低时,冲击力峰值较小,节点最大水平位移和杆件最大应力较大。     

考虑焊接球节点弹塑性的单层网壳动力分析

利用有限元分析软件ANSYS 11.0,考虑线性强化的应力应变关系和Von-Mises屈服准则,对单层网壳中焊接空心球节点进行弹塑性分析,建立节点的荷载-位移曲线双线性模型.提出考虑焊接空心球节点弹塑性的“短杆模型”,并导入有限元软件SAP 2000中,进而对某单层网壳进行动力弹塑性分析.结果表明:考虑节点弹塑性,能更...     

一种新型后张拉整体成型网壳动力性能分析

提出一种新型后张拉整体成型局部双层球面网壳的单弦杆平板网架模型,并通过有限元软件ANSYS建立有限元模型,采用BlockLanczos法对3组缝隙值对应成型后局部双层球面网壳进行模态分析,得到网壳的自振频率和振型,并与相应成型后在单层部分环向补杆网壳进行对比分析。结果表明:成型后网壳的各阶自振频率有随成型前预留缝隙值的增大而增大的趋势;在网壳的单层部分进行环向补杆能有效提高结构刚度,使补杆网壳的各阶自振频率与非补杆网壳相比有显著提高。此外,补杆网壳与非补杆网壳都表现出复杂的动力性能,在进行网壳的动力响应分析时应特别注意。     

周边局部为双层的球面网壳屈曲规律和特性

以中部单层、周围局部双层的球面网壳为对象,采用Newton-Raphson增量迭代及弧长法对结构进行了非线性有限元分析,总结了此类网壳结构的失稳规律,并且得出了结构由单层过渡到双层时临界荷载的变化规律。研究结果表明,局部双层网壳能够明显改善单层网壳的稳定性能,提高其网壳的屈曲荷载,既具有双层网壳的稳定性,又能节省钢材,是一种理想的空间结构形式。     

单层球面网壳的静力稳定性分析

利用有限元程序ANSYS对某单层球面网壳进行了静力稳定性分析,得出了其在集中力、半跨均布荷载和全跨均布荷载下屈曲的全过程曲线,并进行了分析,分析结果表明:网壳在集中力作用下屈曲的变形最小;不对称荷载作用对网壳稳定承载力影响较大。     

局部双层网壳结构的减震设计分析

对增设粘滞阻尼器的局部双层网壳结构进行减振分析,探讨了阻尼器位置、数量、阻尼系数等不同参数对局部双层网壳结构减振性能的影响,分析了不同参数阻尼器的减振效果.计算分析表明:结构阻尼单元的阻尼系数越大,结构的减振效果越好;设置的阻尼器数量越多,结构减振效果越好;对于局部双层球壳结构,斜向设置粘滞阻尼器的效果最佳.     

某单层网壳结构制作与安装

球形单层网壳结构的杆件安装定位难,制作精度要求高,且节点受力较为复杂。对某单层网壳钢结构的制作和安装的关键技术进行了介绍,重点探讨了梅花柱的制作工艺和网壳的安装方案。现场实测表明梅花柱制作和网壳的安装均满足相关规范的要求。     

粘弹性阻尼器减震系统对单层球壳动力稳定性的影响分析

在K8型单层球面网壳(D=60m)中引进粘弹性阻尼器减震系统进行减震控制。对比了无控球壳和受控球壳的动力稳定性能,并分析了阻尼器参数变化对球壳动力稳定性能的影响。研究结果表明,选择合适的粘弹性阻尼器减震系统能够有效提高单层球壳的动力稳定性,阻尼器的参数变化以及减震系统的设计方案对减震效果有较大的影响。