单点连续冲击荷载下单层球面网壳结构失效模式研究

为研究单点连续冲击荷载作用下单层球面网壳结构的失效模式,应用通用有限元软件ANSYS LS-DYNA建立了40m跨度,四种不同矢跨比的K8型单层球面网壳结构有限元模型。通过分析单层球面网壳结构在单点连续冲击荷载作用下失效全过程的冲击荷载、能量转化和杆件变形特点,总结归纳出单层球面网壳结构在单点连续冲击荷载作用下的五种失效模式:网壳局部凹陷、网壳局部凹陷时杆件剪切破坏、网壳整体塌陷、网壳整体塌陷时杆件剪切破坏、杆件剪切破坏。对五种失效模式进行了全过程研究分析,明确了单层球面网壳结构在单点连续冲击全过程中肋杆、环杆、斜杆的破坏形式和能量传递与转化特点。     

周边局部双层球面网壳特征值屈曲分析

通过对满应力设计出周边双层中间单层的球面网壳进行特征值屈曲分析,寻找网壳的薄弱部分;同时,对相同跨度、相同矢高、相同厚度的双层网壳建模,对比二者屈曲模态以及临界荷载系数。为了提高局部双层网壳的临界荷载,调整网壳关键部位的杆件截面以及构造方式,重新进行特征值屈曲分析。     

某大跨单层球面网壳结构的非线性屈曲研究

为研究杆件稳定、初始几何缺陷、几何非线性、材料非线性对某单层球面网壳结构整体稳定性的影响,首先对结构进行线性屈曲分析得到屈曲模态和临界荷载,其次采用弧长法对结构进行非线性屈曲全过程分析,同时确定最不利初始几何缺陷分布模态,最后采用Newton-Raphson法对按此最不利缺陷分布的结构进行弹塑性屈曲全过程分析.计算表明:初始几何缺陷按最低阶屈曲模态分布的一致缺陷模态法可能不适用于大跨单层球面网壳结构的稳定性分析;荷载不对称分布对结构的稳定性更为不利;初始几何缺陷和材料非线性对结构稳定性的影响较大.     

冲击荷载作用下四种典型施威德肋型单层球面网壳动力响应研究

为了研究4种典型施威德肋型单层球面网壳在冲击荷载作用下动力响应特征的差别,以4种典型施威德肋型球面网壳为研究对象,利用ANSYS/LS-DYNA进行参数化建模。首先介绍了分析模型及相关参数,选用考虑材料应变率影响的杆件模型,然后选择不同的冲击点对4种类型网壳分别进行竖向冲击荷载作用下的动力响应研究,最后从网壳结构的响应模式、位移、加速度、应变能4个方面进行了分析对比。结果表明:网壳结构的冲击响应模式随冲击物动能的改变而规律性变化;在相同的冲击荷载作用下,结构的动力响应均随着冲击点离支座越远而越强烈;4种网壳中无环杆的交叉斜杆-施威德肋型球面网壳结构在冲击荷载作用下的动力响应最大,因此在网壳选型时应谨慎选用。     

某仨连体型开口单层球面网壳的设计与研究

针对某仨连体型开口单层球面网壳,对壳体分别采用肋环型、肋环斜杆型、扇形三向网格3种分割方法进行设计并对其进行对比研究。文章对连体型单层开口球面网壳的设计有一定的参考价值。     

单层网壳静力稳定性研究

以K6型单层球面网壳为研究对象,基于非线性有限元理论,研究考虑结构初始几何缺陷、材料非线性以及几何非线性对该网壳结构静力整体稳定性的影响,论述了两类稳定性问题,线性屈曲分析计算得到临界荷载以及屈曲模态,非线性屈曲分析方法为弧长法,分析得到网壳结构的荷载-位移全过程曲线,具有工程实际意义。     

单层球面网壳结构抗连续倒塌设计

单层球面网壳冗余度较低,个别杆件失效容易引起结构连续倒塌。为提高单层球面网壳的抗连续倒塌能力,可以采用将单层网壳主肋设计为局部双层的方法。应用ABAQUS软件通过自编程序,考虑杆件失稳及失稳后行为,对比分析了采用局部双层前、后静力荷载作用下单层球面网壳极限承载力、节点位移和失效模态,以及采用局部双层前、后地震荷载作用下单层球面网壳极限承载力。分析了地震作用下局部双层厚度不同时单层球面网壳结构的极限承载力。分析结果表明,将单层球面网壳主肋设计为局部双层可提高网壳结构极限承载力,改变网壳失效模式。     

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。     

初始几何缺陷对单层球面网壳结构地震承载力的影响研究

为研究不同初始几何缺陷对单层球面网壳结构地震承载力的不利影响,根据"拟壳法"的内力状态,提出了弯曲应力为主杆件数量占有效杆件总数的百分比最大,作为网壳最不利缺陷的判别准则.基于该准则,以跨度80m的K8型单层球面网壳为例,开展了考虑最不利高阶模态缺陷的网壳结构地震承载力影响分析.结果表明,网壳结构最不利缺陷一般出现在高阶屈曲模态;相比最低阶屈曲模态缺陷,最不利高阶模态缺陷计算所得的网壳结构地震动力响应显著增大,结构地震承载力明显降低;最不利缺陷的判别准则只需考虑前20阶屈曲模态范围,即可保证网壳结构地震承载力的计算精度和计算效率.     

杭州国际博览中心单层球面网壳结构稳定性分析

杭州国际博览中心城市客厅部分采用了单层球面网壳结构形式.该球壳跨度较大,且由于建筑需要局部开有两个洞口,体型较为复杂.运用MIDAS有限元分析软件,考虑两种荷载工况对该单层球面网壳结构进行了整体稳定性分析.首先对该结构进行了两种工况下的特征值屈曲分析,预测结构的理论屈曲强度;然后根据球壳的屈曲模态,采用一致缺陷法,对结构体系进行了几何非线性屈曲分析,并对比分析了不同的球壳初始缺陷对结构整体稳定性的影响.研究结果表明:该球壳结构对初始缺陷较为敏感,初始缺陷的存在会明显降低结构体系的稳定性,且缺陷越大其稳定临界荷载系数越小;不同的荷载工况,球壳的临界失稳条件也不相同,临界荷载系数差别也较为明显.     

基于SAP 2000的单层网壳屈曲分析

采用SAP2000有限元分析软件,对比分析以初始应力为0和以恒载非线性分析作为初始条件的单层网壳屈曲分析,结果发现,两种状态下单层网壳屈曲模态基本相同,均为局部失稳。以恒荷载非线性分析为初始条件的单层网壳屈曲临界荷载低于初始应力为0状态下单层网壳的屈曲临界荷载,说明初始缺陷对单层网壳的稳定性能有一定影响。     

支座形式对K8型单层球面网壳非线性动力稳定的影响

本研究以K8型单层球面网壳为研究对象,研究支座形式对K8型单层球面网壳非线性动力稳定的影响。在分析过程中,利用比例法调整地震作用的峰值加速度,采用B-R准则判定结构的动力稳定临界荷载。通过分析,总结出支座形式对K8型单层球面网壳非线性动力稳定的影响情况。     

单层球面网壳结构的稳定性研究

以基于离散化假定的几何非线性有限元理论,对单层球面网壳进行了稳定性分析。将网壳杆件离散成空间梁单元,采用特征值屈曲分析预测结构的理论屈曲强度,并得到屈曲模态,再以弧长法对结构变形进行全过程跟踪分析,求得极限临界载荷。文中以100 m跨度单层球面网壳为例分析其在不同载荷作用下的稳定性,从分析结果得到对工程实践有参考意义的结论。     

某单层肋环形球面网壳结构的整体稳定分析

整体稳定分析问题一直是球面网壳设计中的关键问题。理论分析和工程实践表明:网壳结构的设计通常受其稳定性控制。网壳结构的整体稳定分析主要有三种:屈曲分析、弹性整体稳定分析和弹塑性整体稳定分析。本文借助有限元分析软件ANSYS,以某单层肋环型球面网壳为代表,对其进行屈曲分析、弹性整体稳定分析和弹塑性整体稳定分析,同时深入研究不同缺陷模式对整体稳定性能的影响。研究发现,单层球面网壳前六阶屈曲模态的整体稳定系数相接近,且出现相邻的重模态现象;最低阶屈曲模态缺陷对网壳结构的弹性整体稳定承载力影响最大,但对其弹塑性整体稳定承载力的影响未必最大,故有必要考察相邻的较低阶屈曲模态缺陷对网壳结构的影响。     

单层网壳的结构分析与设计

单层网壳设计中最重要的是稳定性分析.弹性计算分析确定杆件截面,然后采用有限元分析方法进行模态屈曲分析,取得屈曲荷载值.根据初始缺陷、材料的弹塑性及几何非线性的影响进行荷载位移全过程分析,得出网壳的极限荷载.对单层网壳稳定性影响较大的是非线性因素.     

奥运羽毛球馆张弦穹顶基于整体稳定的优化设计

以2008年奥运会羽毛球比赛馆张弦穹顶结构为例,对张弦穹顶和单层网壳进行了内力、节点位移、特征值屈曲和非线性屈曲的荷载位移平衡路径的跟踪分析,阐述了张弦穹顶结构的优越性。对联方型、肋环型、肋环斜杆型张弦穹顶的分析比较表明,联方型网格经济合理,更适用于张弦穹顶结构。分析了网格密度、矢跨比、撑杆长度、初始缺陷、钢索预应力等设计参数的影响,得到了具有工程实用意义的结论。分别以网壳杆件内力和节点位移为目标函数编制了优化程序,研究了钢索合理预应力度的确定方法。     

大矢跨比单层球面网壳动力试验模型弹塑性稳定分析

为了解水平地震作用下具有不同失效机制的单层球面网壳结构在静力荷载作用下的弹塑性稳定性能,利用有限元软件ANSYS,对两个矢跨比为1/2的单层球面网壳结构试验模型进行双重非线性全过程分析,获得结构的弹塑性极限承载力,比较二者的失稳模态,初步了解二者之间的差异。考察结构杆件屈曲、初始缺陷等因素对结构稳定性能的影响,并分析各因素对结构极限承载力的影响规律。结果表明,地震作用下,具有强度破坏特征的网壳结构在静力下的失稳模式表现为结构的整体失稳,而发生动力失稳破坏的结构则表现为局部失稳破坏。杆件失稳和初始缺陷使结构的临界荷载大幅度降低,且地震作用下属于强度破坏的单层球面网壳结构在静力下对初始缺陷的敏感性大于动力失稳破坏结构。     

箱型截面肋环型单层网壳结构稳定性分析

箱形截面肋环单层网壳结构的整体稳定性在球面网壳设计中至关重要。文章从项目实例出发,首先介绍了箱形截面肋环单层网壳结构的结构特征,然后利用Midas/Gen有限元分析软件建模,从竖向荷载效应、风荷载效应、小震和中震地震作用分析、线性和非线性整体稳定性进行分析,通过对结构增加有效的支撑柱,提高结构极限屈曲临界点荷载系数,使结构保证整体稳定。     

节点刚度对凯威特型单层球面网壳内力的影响

节点刚度是影响单层球面网壳内力的重要因素之一。采用空间梁单元有限元法,对凯威特型单层球面网壳进行杆件内力计算分析,引入α系数模拟球节点的刚性反应,得出了单层球面网壳由刚性连接到趋于柔性连接整个过程的内力变化规律;同时,针对不同的矢高、荷载,研究其对单层球面网壳杆件内力的影响,可为单层球面网壳的优化设计提供一定的参考。     

杆件长度随机偏差对K6型单层球面网壳稳定承载力的影响研究

单层网壳属于缺陷敏感型结构.为了理清杆件长度随机偏差对K6型单层球面网壳稳定承载力的影响程度与规律,采用随机缺陷模态法引入杆件长度随机偏差,将杆件长度偏差视为服从正态分布的随机变量,考虑了4种矢跨比网壳、6种杆件长度随机偏差,对1200例网壳进行了稳定承载力分析.计算发现:杆件长度偏差越大,网壳的极限荷载越低,且离散性越大;当杆件长度最大偏差值为±3mm时,极限荷载的降低量超过了5%;当杆件长度最大偏差值为±5mm时,极限荷载降低量超过了10%;网壳极限荷载的均值与杆件长度偏差近似呈线性关系;不同的杆件长度随机偏差分布形式,会导致失稳位置与破坏模式的不同.网壳的失稳形式基本上为杆件失稳或点失稳;若网壳中杆件长度偏差分布形式完全相同,仅杆件长度偏差的大小不同时,网壳的破坏模式相似.