钢筋混凝土网壳结构加固技术研究

对联方型网壳结构的主要特点给予介绍,并通过一个联方型网壳结构的工程实例,指出网壳结构进行加固改造的原则。根据结构验算结果,得出该大跨度网壳结构目前主要存在的问题。比较不同的加固方案,得出采用碳纤维布加固法是对网壳结构较理想的加固方法,该加固方法可以为同类加固工程提供参考经验。     

环向折线形单层球面网壳及其结构静力简化计算方法

环向折线形单层球面网壳是单向折线形网架结构在曲面结构构形中的拓展,兼有双层网壳和单层网壳受力特性。通过结构构形研究和机动分析,提出了在轴对称条件下基本结构体系的简化杆系计算模型及其分析方法。为改善结构的受力特性,在基本结构体系的基础上,增设若干道环向杆件,形成环向折线形单层球面网壳的加强结构体系。通过算例分析,对比研究了在不同荷载工况下和厚跨比对结构体系受力性能的影响。研究结果表明：环向折线形单层球面网壳的基本结构体系是一种静定空间桁架结构;揭示了环向折线形单层球面网壳基本结构体系的组成规律、受力特性,给出了加强结构体系的合理加强方案;所提出的简化计算方法,可精确求解网壳的内力和位移。     

Shape optimization method of free-form cable-braced grid shells based on the translational surfaces technique

Cable-braced grid shells, being a new type of single-layer reticulated shell, are widely used in glass roofs. However, research on the shape optimization of free-form cable-braced grid shells is relatively lacking. This paper describes a shape optimization method for cable-braced free-form grid shells, with strain energy used as the optimization object, structural height used as the optimization variable, and the conjugate gradient method used as the optimization algorithm. According to the shape forming method for grid shells, their shape optimization can be realized only by adjusting the generatrix and directrix, not by optimizing the whole surface. The B-spline curve method is used to model the generatrix and directrix and maintain an optimized surface fairing. The following conclusions can be drawn from this study. First, the structural mechanical behavior of grid shells can be significantly improved with rapid convergence using the proposed shape optimization method. Second, the plane quadrilateral mesh is maintained and fewer optimization variables are needed during the proposed shape optimization method. Finally, the optimized surface is fairing and the mechanical properties of the optimized surface are somewhat decreased when using the B-spline curve method.     

网状球壳的连续化分析方法

本文对四向杆系、三向杆系、两向杆系组成的各种网状球壳,探讨了基于连续化计算模型的拟壳分析法,给出了网壳等代薄膜刚度和抗弯刚度的表达式,建立了轴对称网状球壳拟壳法的一般性基本方程式,并采用薄膜理论加边界效应的分析方法进行计算。文中给出了如何由壳体内力反算各种网状球壳杆件内力的计算公式,文末附有算例。计算表明,这种连续化的拟壳分析法比较方便,手算电算均可。此外,本文还就常用网状球壳的形式和分类作了讨沦。     

网状扁壳与带肋扁壳组合结构的拟三层壳分析法

本文对网状扁壳与带肋扁壳共同工作的组合结构(可简称组合网状扁壳),采用连续化的拟三层壳的计算模型,按弹性小挠度薄壳理论进行分析计算,推导建立了混合法的基本方程式。由于这种构造上的拟三层壳在一般情况下不存在中面,因而壳体的薄膜内力、弯矩与薄膜应变,弯曲应变是耦合的,存在一个耦合矩阵,使得基本方程式比单层光面的符氏扁壳方程要复杂得多。对于周边简支的组合网状扁壳可求得基本方程式的解析解。文中对三向、四向组合网状扁壳进行了详细讨论,并指出了在特定条件下,可退化为一个当量的各向同性单层扁壳。对于一般网状扁壳的拟壳分析法及带肋扁壳的拟壳分析法分别属于本文的两种特殊情况。文中附有计算例题。     

圆柱形网壳的塑性极限分析

本探讨了圆柱形网壳结构的塑性极限分析，在分析过程中，采用拟壳法将圆柱形网壳结构等效为连续的夹层壳，然后对等效夹层壳进行塑性极限分析，由于夹层壳结构的极限条件是线性的，因而在求解时问题得到了大的简化，鉴于有矩理论的复杂性，本在作极限分析时，采用了无矩理论和半无矩理论的平衡方程分别作为中短壳和长壳的平衡方程。     

基于改进一致缺陷模态法的轴压圆柱薄壳极限承载力分析

对结构进行缺陷稳定分析的主要方法是一致缺陷模态法和随机缺陷模态法,一致缺陷模态法对薄壁圆柱壳结构进行非线性分析得到的极限承载力与其实际承载能力有一定差距,随机缺陷模态法则工作量很大。基于圆柱薄壳轴压失稳呈现出多模态屈曲的特点,本文提出改进一致缺陷模态法,通过对圆柱壳分别施加不同屈曲模态找到最不利缺陷分布形式。文中通过有限元法验证了改进一致缺陷模态法的可靠性,同时指出按照某一类高阶屈曲模态施加初始缺陷能得到薄壳的最不利极限承载力。     

板壳结构非线性屈曲分析的修正拉格朗日法

本文采用退化曲壳有限单元,推导了板壳结构非线性有限元分析的、修正的拉格朗日法(Updated Lagrauge简称U.L.法,下同),并编制了非线性有限元程序.利用本文理论方法既可分析板壳的太变形问题,同时也可考虑材料进入非线性后的太应变问题.通过对一些板壳屈曲问题的分析对比,证明了本文理论方法的正确性和有效性.     

空间网壳结构的理论研究

回顾了网壳结构的发展，介绍了网壳结构的计算模型及分析方法，分析了其稳定性，探讨了网壳结构的新型结构体系，指明了网壳结构在21世纪的发展动向及应用前景。     

K6型单层球面木网壳稳定承载力非线性分析

针对4组不同节点构造、矢跨比的木结构网壳试验模型,采用ANSYS软件中的Beam189非线性梁单元模拟连接节点的半刚性特征,开展基于多段梁模型的网壳承载力全过程非线性有限元分析。通过对比有限元与试验结果在荷载 位移全过程曲线、破坏模式以及极限承载力等方面的吻合度,判断多段梁方法在木结构网壳稳定性分析上的可行性。研究发现：多段梁方法与试验结果较吻合,多段梁分析方法可有效揭示木网壳的破坏机理;矢跨比是影响单层木网壳破坏形式的主要因素,大矢跨比易出现强度破坏,小矢跨比易出现稳定破坏,节点刚度对小矢跨比模型的影响程度更加明显;弹塑性分析时,木结构网壳的极限承载力建议按弹性多段梁有限元分析承载力的40%取值。研究成果以期为木网壳非线性稳定承载力的进一步研究提供借鉴。     

自由曲面钢筋混凝土壳体结构设计

文章主要阐述了基于编程技术和结构敏感性分析的自由曲面钢筋混凝土壳体结构的设计方法。作者选取了采用这项技术的5个工程案例,从建筑概况、优化分析、钢筋布置和建造4个方面展开分析,展现了这项技术在创造有机单层壳体屋面形式过程中的重要作用和实际可行性。     

半刚性节点单层球面网壳整体稳定性分析

上海国际会议中心单层球面网壳采用的贯通式节点属于半刚性节点,这种节点的弯矩一转角关系可以采用分段等效剐度的方法来考虑。本文采用一致模态法分析了考虑节点刚度和不考虑节点刚度时的网壳在两种荷载工况下的整体稳定性,并研究了节点刚度对网壳整体稳定性的影响。     

大跨度网壳结构强震失效机理研究

随着大跨度网壳结构近些年在重大工程中的大量应用,该结构在强震作用下的失效机理问题也逐渐突出,为空间结构学者所关注。在总结了近些年大跨度网壳结构强震失效机理领域的研究进展基础之上,介绍了适用于网壳结构强震失效机理分析的基于荷载域全程响应的分析方法,以及在该方法中引入材料损伤累积的研究过程;定义了网壳结构在强震作用下的两类失效模式,即由几何非线性引起的动力失稳和由过度塑性损伤导致的动力强度破坏;论述了基于模糊数学中模糊综合判断理论的判别网壳结构强震失效模式的方法;在此基础上,对网壳结构动力损伤模型的建立也进行了阐述,并对网壳结构在强震下失效极限的确定方法进行了总结。图5表3参20     

Study on the Shape Optimization of Cable-Stiffened Single-Layer Latticed Shells

The cable-stiffened single-layer latticed shell is a new type of spatial structure. In this paper, a shape optimization method is proposed for two kinds of cable-stiffened single-layer latticed shells. Firstly, an optimization algorithm is proposed to minimize the strain energy of shell. Interior-point method, conjugate gradient method and golden section method are adopted as the approach of constraint optimization, the minimization algorithm and the line search strategy, respectively. Secondly, the derivatives of stiffness matrixes of two kinds of cable-stiffened systems are discussed. Finally, optimization program is programmed in MATLAB and a numerical example is carried out. The linear buckling load, the displacement and the stress distribution of the optimized shells are investigated. According to numerical results, the structural behaviours of cable-stiffened single-layer latticed shells are improved significantly. The optimization method suggested in this paper is valid.     

网壳结构强震失效机理关键理论问题

随着大跨度网壳结构近些年在重大工程中的大量应用,其在强震下的失效机理这一基础理论问题也逐渐突出,为空间结构学者所关注。为此,总结了近些年在网壳结构强震失效机理领域的一些研究进展,介绍适用于网壳结构强震失效机理研究的基于多重响应的荷载域时程分析方法,阐述网壳结构在强震下的两类失效模式及其失效机理。在此基础上,对在网壳结构强震失效机理分析中的三个重要效应,即材料损伤累积效应、地震动空间变化性效应、下部支承结构影响,分别进行讨论及总结。     

Elastic buckling analysis of ring-stiffened cylindrical shells under general pressure loading via the Ritz method

This paper presents the Ritz method for the elastic buckling analysis of shells with ring-stiffeners under general pressure loading. The stiffeners may be of any cross-sectional shape and arbitrarily distributed along the shell length. Using polynomial functions multiplied by boundary equations raised to appropriate powers as the Ritz functions, the method can accommodate any combination of end conditions. As far as it is known, the Ritz method has not been automated in this way for the buckling of ring-stiffened shells. By formulating in a nondimensional form, generic buckling solutions for shells with various end conditions, stiffener distributions and under various pressure distributions, were presented. These new buckling solutions should serve as useful reference sources for checking the validity and accuracy of other numerical methods and software for buckling of cylindrical shells. This paper also shows that the appropriate distribution of ring stiffeners can lead to a significant increase in the buckling capacity over that of a stiffened shell with evenly spaced and identical ring stiffeners.     

基于光纤光栅传感技术的网壳滑移法施工监测

网壳结构滑移施工法具有费用低、速度快、无需大型设备、可与下部结构平行作业的特点,是一种先进的施工方法．对网壳结构滑移施工全过程进行现场监测,具有重要意义。论文采用光纤布拉格光栅传感系统,通过准分布方式,对某81m跨度预应力柱面网壳干煤棚结构的累积滑移法施工中的结构受力进行全程监控,在确保工程安全施工基础上分析了施工中非理想因素对网壳结构滑移施工的影响。     

Natural frequencies of laminated orthotropic thin circular cylinders

Vibration characteristics of laminated orthotropic cylindrical shells are investigated. The analysis, based on the Love-Timoshenko theory, can deal with shells composed of an arbitrary number of bonded layers each with a different thickness and different eleastic orthotropic properties. The analytical method, which is derived and applied here for calculating the frequencies of laminated orthotropic cylindrical shells, is an application of the well-known Rayleigh-Ritz procedure. In applying the Rayleigh-Ritz procedure the expression of strain and kinetic energies in general form for laminated orthotropic cylindrical shells have been used. The results obtained compared very well with some available experimental and analytical results.     

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。     

网壳结构基于性能的抗震设计方法研究

基于性能的抗震设计是结构抗震设计的发展趋势,该文在考虑材料损伤及损伤累积的基础上,建立网壳结构的数值模型,通过基于IDA的全过程分析方法,考察网壳结构强震下的抗震性能;建立了分别基于多项特征响应和变形能量的结构损伤模型,对比两种损伤模型的精度,实现结构不同损伤状态的量化,并利用此模型量化结构的分级性能水准;通过多组地震动的IDA分析,实现结构分级性能水准易损性分析和综合易损性分析;确定结构性能目标,初步实现结构的优化设计,从而为建立网壳结构完整的基于性能的抗震设计方法奠定了基础。