骨状构件的性能及其在单层网壳结构中的应用

构造了一种新型的骨状变截面构件。研究表明,采用精心设计的骨状节点,不仅可以解决单层网壳的节点应力集中问题,也将使结构整体性能对缺陷的敏感性,较常规等截面焊接球节点网壳结构大幅降低,同时使施工更为精确和便捷。     

单层球面网壳的优化设计

提出了单层球面网壳结构的一种优化设计方法，它是一种以网壳的总造价为目标函数，取网壳的网格数、矢高、杆件截面面积和节点体积作为优化设计变量，采取直接搜索法与准则法相符合的优化设计方法。基于用Fortran90软件编制的优化设计程序，对单层球面网壳结构进行了大量的计算，用回归分析得出网壳最优网格数、矢高、杆件截面面积和节点体积，同时使杆件面积规格化，以便直接用于实际工程。     

单层球形网壳结构的分析及实验研究

针对单层球形网壳进行结构设计.以网壳承受的风载为设计载荷,利用FLUENT软件得到网壳表面风压分布载荷.采用单向流固耦合(FSI)技术,将计算得到的表面风压施加到网壳结构分析模型上.通过结构分析的非线性计算,得到网壳在风载条件下的应力分布及变形.以网壳梁截面尺寸最小为优化目标,得到满足设计指标要求的梁截面尺寸.通过现场实验,得到网壳节点位移载荷曲线,在相同条件下,将实验结果与仿真模型进行对比,验证了网壳结构模型的正确性.     

强震作用下球面网壳动力强度破坏研究

为全面认识壳结构塑性发展全过程,以单层K8型球面网壳结构为例,采用ANSYS程序专有的Pipe20单元,对网壳结构的塑性内力重分布、网壳杆件进入塑性比率、杆件截面进入塑性程度、构件塑性变形、结构塑性位移、结构关键节点位移等随地震加速度幅值的全过程响应进行了全面分析．获得了对球面网壳结构有关塑性发展和动力强度破坏行为的认识,较完整地建立了网壳结构高烈度强震分析的实用方法．     

局部双层柱面网壳与单层网壳的对比分析

合理的局部双层网壳结构能够较好的解决单层网壳承载力低、整体稳定性较差以及双层网壳由于杆件、节点较多造成结构繁杂的缺点,近年来得到了较多的应用.以正交正放局部双层柱面空腹网壳为例,通过与相同跨度及截面下单层网壳的对比,详细阐述了局部双层网壳在承载力、稳定性及经济指标上的优越性,得出了一些对工程设计具有指导意义的结论.     

基于离散变量的双层网壳结构拓扑优化设计

以工程造价为目标函数 ,建立了包含截面、节点体积和拓扑三类变量的离散变量双层网壳结构拓扑优化数学模型 ,该模型考虑了截面变量与拓扑变量间的耦合关系 ,反映了拓扑优化问题的组合优化本质。同时采用相对差商法及有限元设计软件ALGOR对基于离散变量的双层空间网壳结构进行拓扑优化 ,并通过算例验证该优化方法的可行性和有效性。     

基于离散变量的双层网壳结构拓扑优化设计

以工程造价为目标函数,建立了包含截面、节点体积和拓扑三类变量的离散变量双层网壳结构拓扑优化数学模型,该模型考虑了截面变量与拓扑变量间的耦合关系,反映了拓扑优化问题的组合优化本质.同时采用相对差商法及有限元设计软件ALGOR对基于离散变量的双层空间网壳结构进行拓扑优化,并通过算例验证该优化方法的可行性和有效性.     

LNG储罐单层球面网壳结构动力特性分析

为研究LNG储罐穹顶单层网壳在地震载荷作用下的动力特性，通过3D3S软件建模并借助有限元分析软件ANSYS对单层网壳进行模态分析和地震时程分析，得到结构自身振动特性和动力响应规律。结果表明：穹顶网壳相邻两阶固有频率相近，网壳变形左右对称，后期以整体变形为主。地震波的形态和频率对结构节点位移时程曲线和杆件轴力时程曲线的形状影响较大，结构在人工波作用下动力响应最大，应该选用多条地震波对网壳结构进行包络分析；矢跨比在前10 s相同地震激励下对结构动力响应影响较大，矢跨比为5/36时结构变形最小且最为稳定；整体结构节点位移明显大于单独网壳结构，设计网壳结构时，应该考虑下部结构对网壳动力性能的影响。     

双层肋环式球面网壳结构预应力优化设计

以拉索预应力空间网壳结构的预应力值P、杆件横截面尺寸变量Ab和拉索截面尺寸变量A(?)以及工程中常用的两种球节点体积为设计变量,以结构自重为目标函数,采用分级优化算法对预应力空间网壳结构进行了优化设计,并采用Algor软件对设计结果进行了验证。通过对比分析,验证了该方法的正确性和有效性。     

双层肋环式球面网壳结构预应力优化设计

以拉索预应力空间网壳结构的预应力值P、杆件横截面尺寸变量Ab和拉索截面尺寸变量At以及工程中常用的两种球节点体积为设计变量,以结构自重为目标函数,采用分级优化算法对预应力空间网壳结构进行了优化设计,并采用Algor软件对设计结果进行了验证.通过对比分析,验证了该方法的正确性和有效性.     

异形单层网壳结构的整体稳定性研究及关键节点分析

单层网壳结构属于缺陷敏感结构,整体稳定问题是结构设计的关键.单层网壳结构可以采用空间相贯节点,有必要对节点进行三维实体有限元分析,在此基础上研究节点的力学性能.本文总结了单层网壳结构整体稳定分析的方法,归纳了空间相贯节点三维实体有限元分析方法;针对异形单层网壳结构,研究了结构的静力性能、结构网格与建筑形状对结构承载能力的影响,确定了结构的弹性稳定承载力和弹塑性稳定承载力;对空间相贯节点进行了有限元分析,得到节点处应力的分布情况,并研究了节点隐蔽部位有无焊缝对节点力学性能的影响.结果表明：异形单层网壳的曲率变化和结构网格对关键部位处杆件受力影响较大;稳定承载力对单层网壳结构起控制作用,对此异形单层网壳进行弹塑性稳定分析,结构安全系数达到24;隐蔽部位焊缝对节点承载力的影响较大,设置隐蔽部位焊缝后,节点处各杆件的最大应力可减小20%以上.     

半刚性节点单层球面网壳抗震性能

为了研究由多根螺栓现场拼装而成的半刚性节点单层球面网壳的抗震性能及其抗震设计方法,利用节点的弯矩-转角曲线对凯威特型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、地震波、节点弯曲刚度等参数的变化规律,通过大规模参数分析,给出半刚性节点单层球面网壳的地震内力系数取值,提出基于地震内力调整系数的半刚性节点单层球面网壳的实用抗震设计方法.     

螺栓球节点试验及在单层网壳结构中的应用性

为充分利用螺栓球节点的抗弯刚度,实现其在单层网壳结构中的应用,针对螺栓球节点开展力学试验研究,配合以精细化的有限元分析,获得节点的抗弯性能,并采用弯矩-转角关系来描述.利用ANSYS程序,采用弹簧单元模拟节点弯曲与扭转性能并将试验获得的弯矩-转角关系引入节点属性中,构建了螺栓球节点单层网壳的有限元模型.在此基础上系统开展了网壳结构的稳定性能研究.结果显示:采用螺栓球节点的网壳对于荷载不对称分布较为敏感,而且失稳过程中总伴随有节点的弯折效应;单层球面网壳的极限承载力最低可达到对应刚性节点网壳的32%,最高则超过98%,而单层柱面网壳则仅为10%,这表明此类节点可以应用在单层球面网壳中,但不宜在单层柱面网壳中采用.     

开孔双层球面网壳结构优化设计

以某火力发电厂干煤棚双层球面网壳结构为工程背景,以结构用钢指标为目标函数,利用有限元软件ANSYS对该开孔双层网壳结构进行弹性阶段的整体优化计算,优化后节省钢材约28.4%;进一步应用ANSYS参数化设计语言（APDL）进行编程,分析了网壳矢高、网壳厚度和杆件截面面积三个因素对用钢指标的影响规律：本网壳结构用钢指标对网壳厚度变化最为敏感,杆件截面面积变化的影响次之,矢高变化对结构用钢指标影响最小。计算结果将为此类网壳结构最优设计提供有益参考。     

基于QR法的单层柱面网壳结构分析

为解决传统有限元方法计算网壳结构时的缺点与不足,采用结构分析QR法对单层柱面网壳结构进行研究.根据QR法基本原理,导出了单层柱面网壳结构新的刚度方程及其计算格式,利用样条节点位移参数可求出结构节点位移和杆端力.依据QR法的计算要点和有限元法流程编制了相应的计算程序,计算了某单层柱面网壳结构的节点位移和内力,并将计算结果与有限元结果作对比.结果表明:该方法是一种经济可靠的结构分析计算方法,可用于单层柱面网壳结构及其他网壳结构的计算.     

开孔双层球面网壳结构的优化设计分析

以某火力发电厂干煤棚双层球面网壳结构为工程背景,以结构用钢指标为目标函数,利用有限元 软件 ANSYS 对该开孔双层网壳结构进行弹性阶段的整体优化计算,优化后节省钢材约 28.4%;进一步应用 ANSYS 参数化设计语言（APDL）进行编程,分析了网壳矢高、网壳厚度和杆件截面面积三个因素对用钢指标 的影响规律：本网壳结构用钢指标对网壳厚度变化最为敏感,杆件截面面积变化的影响次之,矢高变化对结 构用钢指标影响最小。     

预测单层柱面网壳破坏模式的细胞自动机方法

为改进网壳结构有限元数值模拟效率以及拓展数值模拟结果应用,发展了一种预测单层柱面网壳结构破坏模式的细胞自动机方法.该方法通过有限元模拟,给出了单层柱面网壳简谐地面运动下动力失稳破坏模式和TAFT地震波作用下动力强度破坏模式;然后,用归一化节点有限元位移值、以及归一化节点对数应变能密度值构成网壳两种细胞自动机状态模式;进而,建立了单层柱面网壳相似节点域的概念,并给出了相应的匹配准则;最后,以基础网壳破坏模式为依据,通过匹配基础网壳和目标网壳之间的相似节点域,预测了目标网壳失稳破坏位移模式和强度破坏对数应变能密度模式.预测结果验证了所发展的细胞自动机方法的有效性,期待成为分析网壳结构的新途径.     

周边双层中部单层球面网壳的稳定性分析

以大连某实际网壳结构为工程背景,应用几何非线性有限元法对周边双层中部单层球面网壳结构进行了全过程分析.借助弧长法跟踪结构的荷载-挠度曲线,研究了球面网壳结构的屈曲过程,探讨了不同规格的杆件截面和周边双层网壳对球面网壳整体稳定性的影响.最后,得到了一些有意义的结论.     

封面图片说明

<正>封面图片是沈阳市沈北新区市民中心80 m直径螺栓球节点单层短程线网壳结构有限元模型在均布极限荷载作用下的杆件弯矩云图,该工程也是中国目前已经建成的最大跨度单层螺栓球节点网壳结构,打破了螺栓球节点只能按照铰接节点考虑,无法应用于单层网壳结构中的传统概念。     

台风作用下弦支网壳结构动力失效

为了研究台风作用下弦支网壳结构的动力失效,采用谐波合成法模拟杭州和舟山地区台风作用下弦支网壳表面各节点的风速时程,在ANSYS中建立弦支网壳结构有限元模型,分析结构自振特性,分别对时域内2个地区台风作用下弦支网壳结构的动力性能进行数值模拟,通过对各指标的分析,得出弦支网壳结构在风荷载作用下动力响应的特点.参考网壳结构在地震作用下动力失效的相关研究,结合弦支网壳动力响应特点,以节点最大位移、塑性杆件比例以及拉索松弛为指标,提出台风作用下弦支网壳结构动力失效判定准则.结果表明,该准则具有一定的合理性和适用性.