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。     

台风作用下网壳结构的风振响应分析

网壳结构的大空间曲面形状特点使得其在台风作用下的风振响应比较复杂,为了克服尺寸效应的影响,得到网壳结构表面风荷载分布规律,在计算流体力学(CFD)和FLUENT技术的基础上,利用常规湍流强度、田浦湍流强度以及石沅湍流强度的计算方法,对某组合网壳结构进行了台风作用下风场的数值模拟,通过分析其表面风荷载分布特性和不同风向攻角作用下组合网壳结构的表面风荷载,确定了组合网壳结构的风压分布规律、表面风压系数分布,最后得到网壳结构的风敏感部位,可以为工程前期抗风设计提供参考。     

球面网壳结构在强震下的失效机理

研究了球面网壳结构在地震等动力荷载作用下两种可能的失效机理 :由于几何非线性起主要作用导致的动力失稳和由于塑性变形过度发展导致的强度破坏。提出了统一的基于响应分析的关于网壳结构失效机理的理论框架。对单层球面网壳在简谐荷载和地震荷载作用下的失效机理进行了较系统的分析 ,提出了具体的动力失稳和强度破坏判别准则 ,求得了相应的极限荷载。取得的结果具有良好的规律性 ,验证了所提出的理论框架的合理性和实用性     

基于风洞试验的对称截面高层建筑三维等效静力风荷载研究

基于刚性模型表面测压风洞试验建立高层建筑三维风荷载模型,进而运用振型加速度法求解风振响应动力方程,得到了包含拟静力项和惯性力项的弹性力响应解,并推导了对称截面高层建筑顺风向、横风向和扭转向风致随机内力响应。在此基础上提出了基于内力响应等效的可考虑高阶振型贡献的对称截面高层建筑顺风向、横风向和扭转向等效静力风荷载计算方法。结合某一对称截面高层建筑工程实例,对采用上述方法计算得到的结构三维等效静力风荷载进行分析并与我国规范方法顺风向等效静力风荷载计算结果进行比较。结果表明,高层建筑结构抗风设计应该考虑三维等效静力风荷载,且二阶振型对高层建筑等效静力风荷载的贡献不可忽视。     

强震作用下大跨度拱形立体桁架结构动力失效机理研究

大跨度拱形立体桁架结构在强震下发生的失效模式有动力失稳破坏和动力强度破坏,依据已有的B-R动力失稳判定准则和评定网壳结构动力强度破坏行为的方法,研究结构在强震作用下进入塑性杆件数目及比例,以及结构最大位移变化规律.研究表明,如果超过某一荷载时,结构进入塑性的杆件比例显著增长,则该荷载即被认为是拱形立体桁架结构的动力强度破坏临界荷载.以某拱形立体桁架为背景,选取三向El-Centro波和三向天津波作为地震输入进行弹塑性时程分析,进一步验证本文的结论,通过分析可以得出该拱形桁架在强震作用下发生动力失稳破坏.     

单层柱面网壳在强震下的破坏机理研究

柱面网壳的结构形式、受力特性与其他网壳结构不同,造成其在强震下破坏机理的特殊性。采用基于结构响应的全过程分析方法,利用软件Abaqus,综合宏观、微观响应指标,对单层柱面网壳进行大规模的参数分析,探求其在强震下的破坏机理。通过典型算例的分析比较,确定了单层柱面网壳的破坏模式及其特征,总结了临界荷载的确定方法。在大量计算数据统计的基础上,提出了单层柱面网壳实用的动力破坏判别准则。单层柱面网壳在强震下可能出现的动力失稳破坏突然,破坏时塑性发展浅,结构刚度几乎没有削弱,结构位移小。单层柱面网壳在强震下强度破坏也可能出现,情况与前不同,其中强度破坏包括强度破坏Ⅰ和强度破坏Ⅱ,强度破坏Ⅱ有明显失稳现象而强度破坏Ⅰ没有。动力实用判别准则以最大节点位移和8p比例为参考指标,用来确定强度破坏Ⅰ和强度破坏Ⅱ极限荷载。对考虑损伤的柱壳破坏机理进行了初步探讨,损伤对不同的结构影响不同,给出了工程设计中损伤降低系数的建议值。     

均布荷载作用下单层球面网壳的弹塑性失稳模式研究

为揭示单层球面网壳结构在静力均布荷载作用下的失稳模式与失效机理,预测结构可能发生的破坏模式和承载能力,基于双重非线性全过程分析理论,采用ANSYS软件对典型球面网壳结构开展稳定性参数分析,系统考察结构的荷载-位移全过程曲线、塑性发展分布、屈曲模态等特征响应。并以典型算例为代表,从宏观和微观两个方面诠释了单层球面网壳结构可能发生的3种失稳模式:弹性失稳、弹塑性提前失稳、弹塑性失稳。指出弹塑性提前失稳是由于结构强度破坏诱发的一类承载力偏低的失稳模式,为提高结构安全性,在网壳稳定性设计阶段中应避免出现此类失稳模式。     

冲击荷载作用下受损网壳结构全过程动力响应分析

选用K6型单层受损网壳结构模型,利用国际通用计算动力荷载的非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA进行数值模拟,建模时考虑材料应变率的影响;分别在顶点和损伤点施加冲击荷载,追踪在不同荷载峰值作用下结构的全过程动力响应,绘制节点的荷载-位移曲线,依据B-R准则,得到荷载作用在不同冲击点时网壳动力失稳的临界荷载,并对比相同幅值静力荷载作用下的结构响应.结果表明:冲击荷载作用下的结构响应远大于静力荷载作用下的,且结构破坏形式也不相同;对于受损结构,要避免在受损区域承受冲击荷载,受损部位需要进行及时维修加固.     

大跨双层球面网壳结构连续倒塌失效机理研究北大核心CSCD

采用变换荷载路径法,对某大跨度双层球面网壳结构进行双重非线性屈曲及强度分析,研究其抗连续倒塌性能,并根据失稳及强度破坏准则探讨大跨度双层球面网壳结构连续倒塌的失效机理.研究表明,双层球面网壳结构冗余度较高,在使用荷载作用下结构8个节点的严重局部破坏都未引发其连续倒塌,本文中的双层网壳结构直到受到3倍左右使用荷载时才发生连续倒塌破坏;通过不断加大结构所受荷载幅值,发现没有局部破坏的完整大跨度双层球面网壳结构最终倒塌时发生失稳破坏,遭到轻微局部破坏的结构最终倒塌时是失稳和强度破坏的共同作用,遭受严重局部破坏的结构最终倒塌时发生强度破坏.     

高层建筑等效静风荷载及抗风研究

风荷载是超高层建筑结构设计的主要控制荷载,对超高层结构进行风洞试验是结构抗风研究的重要方式。文中基于刚性模型多点同步测压风洞试验,介绍了风洞试验数据的处理方法。推导一个通用矩阵R,建立风压系数与风荷载的关系,计算出楼层的平均风荷载,并通过编写通用程序实现由风压系数转换成风荷载的过程。然后通过CQC方法计算等效静力风荷载,将随机振动的风荷载计算问题转化为静力荷载计算问题。文中介绍的方法可以快速计算等效静风荷载。采取这种高效率计算等效静风荷载的方法,为超高层结构抗风优化设计提供了指导。最后通过有限元软件SAP2000对超高层结构进行分析。     

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。     

高层建筑结构抗风分析的Pushover方法

以某高层建筑结构为例,进行了强风作用下结构的弹塑性风振响应时程分析,在此基础上,进行了将静力弹塑性Pushover方法用于结构抗风设计的可行性研究。通过动力时程分析、规范静力分析及Pushover抗风分析结果的对比发现:在风荷载较小的情况下,高层建筑结构处于弹性状态,由规范给出的静力等效风荷载方法计算得到的结构风振响应可以满足实际工程的需要。在强风作用下,高层建筑结构的部分构件进入塑性变形状态,用所提出的Pushover抗风分析方法计算得到的结构位移响应与时程响应分析结果吻合,而规范静力分析方法的结果偏小。     

空间张弦屋盖的抗风优化设计

目前对风敏感结构的抗风优化设计研究集中于高层建筑结构,而大跨屋盖结构的风场和风振响应更加复杂.以广州国际会展中心的空间张弦屋盖为研究对象,基于风洞试验数据得到屋盖上的等效静力风荷载,进一步基于ANSYS一阶算法进行抗风优化计算.研究表明,抗风优化使构件总体积降低了大约30％,同时结构的整体强度和刚度得到有效提高,各构件间的受力更加协调,屋盖上位移分布更加均匀.     

可靠度分析中的荷载问题

阐述了结构可靠度分析的基本原理 ,重点分析了高层、高耸建筑结构抗风动力可靠性计算与结构的静力可靠度分析之间的本质区别。指出在动力响应分析中 ,最大的荷载效应与最大的荷载之间没有完全的对应关系。分析表明 ,在结构的抗风动力可靠度分析中是否可以采用设计基准期最大荷载取决于给出的限值水平 ,但一般采用年最大风荷载进行可靠度分析均可以得到较可靠的结论     

大跨双层球面网壳结构连续倒塌失效机理研究

采用变换荷载路径法,对某大跨度双层球面网壳结构进行双重非线性屈曲及强度分析,研究其抗连续倒塌性能,并根据失稳及强度破坏准则探讨大跨度双层球面网壳结构连续倒塌的失效机理.研究表明,双层球面网壳结构冗余度较高,在使用荷载作用下结构8个节点的严重局部破坏都未引发其连续倒塌,本文中的双层网壳结构直到受到3倍左右使用荷载时才发生连续倒塌破坏;通过不断加大结构所受荷载幅值,发现没有局部破坏的完整大跨度双层球面网壳结构最终倒塌时发生失稳破坏,遭到轻微局部破坏的结构最终倒塌时是失稳和强度破坏的共同作用,遭受严重局部破坏的结构最终倒塌时发生强度破坏.     

竖向阶跃荷载下初始缺陷及初始静位移对单层球壳动力稳定性的影响

根据大量算例的计算结果 ,分析了在竖向阶跃荷载作用下 ,跨度为 40～ 70m、矢跨比为 1 / 8～ 1 / 5的单层球面网壳的初始缺陷和初始静位移对其动力稳定性的影响。研究表明 ,考虑初始静位移与否将对结构的动力失稳临界荷载产生影响 ,而初始静位移的大小对网壳结构的动力失稳临界荷载影响甚小。另外 ,初始缺陷对网壳动力失稳临界荷载的影响与其静力稳定有很大差别。     

竖向阶跃荷载下单层球壳动力失稳临界荷载的确定

通过大量算例分析,发现了在竖向阶跃荷载下单层球壳的动力失稳临界荷载PDCR与静力失稳临界荷载PSCR之间所具有的良好的规律性关系,最终给出了关于PDCR/PSCR的两个拟合公式。计算结果表明,拟合公式具有较高的精度,为后续分析单层球壳在复杂荷载作用下的动力失稳临界荷载打下了一定的基础。     

悬挑式张弦梁结构的风振分析及抗风设计

以浦江某体育场悬挑式张弦梁结构为研究对象,探讨了基于风洞试验数据的结构风振响应及等效静力风荷载。建立了考虑拉索几何非线性的有限元模型,采用插值方法将试验测点的风速时程按控制面积等效为有限元节点的荷载时程,并进行结构的风振响应提取。分析表明:若实际工程中采用荷载时程与其他效应组合进行设计,其过程将过于繁琐;采用荷载风振系数建立结构动态响应与等效静力风荷载间的联系,是可靠有效的设计方式。同时基于等效静力风荷载,对罩棚结构进行了几何非线性分析,表明:罩棚不同位置的风振系数存在明显的差异,在进行结构设计时宜采取0°～180°风向角下多分区的风振系数,确保安全性和经济性。     

风荷载对浅圆仓钢盖承载力的影响

风荷载是影响大跨度空间钢结构的主要荷载之一,文章在综合现有网壳结构整体稳定性分析及抗风设计方法的基础上,利用有限元分析软件ABAQUS对风荷载作用下的浅圆仓钢屋盖进行稳定性分析,从而确定了浅圆仓钢屋盖结构形式对风荷载的不敏感性。     

大跨度煤棚主体结构设计风荷载的神经网络建模研究及应用

风荷载是大跨度煤棚结构设计中的主要控制荷载。随着结构抗风研究尤其是风洞试验数据的积累,结合数据挖掘进行结构智能化抗风设计是一种趋势。基于701组工况4581个柱面及球面屋盖风洞试验样本进行数据挖掘和统计分析,建立了脉动风荷载参数的广义回归神经网络预测模型;通过对12480个工况的单、双层柱面及球面网壳结构进行参数化风振响应分析,总结了等效静风荷载的经验表达式;建立了基于人工神经网络预测气动风荷载的主体结构等效静风荷载的抗风设计基本框架,并通过国内某超大跨度干煤棚张弦结构进行了有效性验证。结果表明：采用本文提出的风荷载数据库预测与等效静风荷载方法效率较高,且能够在一定程度包络风振响应分析结果,可用于结构初步设计阶段对主体结构设计风荷载快速预估。