空腹网壳结构的静力稳定性与极限承载力研究

针对空腹网壳结构的静力稳定性及其极限承载力问题,应用非线性有限元法进行了研究.采用特征值屈曲分析和非线性屈曲分析两种分析方式考查了空腹网壳结构的屈曲模态和失稳全过程,通过大规模的几何参数分析,计算得到了矢跨比、网壳厚度、腹杆截面等参数取不同数值时的结构极限承我力,并与单层网壳结构进行了对比.结果表明,空腹网壳结构以整体失稳为主,在用钢量相同的情况下极限承载力比单层网壳结构提高2.87倍.空腹网壳结构既具有单层网壳结构简洁美观,又有双层网壳结构的稳定性好和承载力高的优点,是一种优良的结构形式.     

局部双层网壳结构非线性屈曲分析

以局部双层球面网壳为研究对象，采用Newton-Raphon增量迭代及弧长法对节点承受均布载荷的网壳进行了非线性有限元分析．对比研究了单层、双层及局部双层网壳的极限屈曲荷载及位移．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，提高其节点屈曲载荷.     

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.     

单层网壳结构稳定承载力分析

网壳结构的稳定性是单层网壳结构分析中的一个关键问题.利用有限元程序SAP2000对跨度40m,矢高20m的单层网壳在全跨均布荷载作用下的线性和非线性稳定承载力进行了探讨分析.以两个工程计算实例为背景,通过线性分析和几何非线性分析研究了单层网壳结构的稳定性能,这些分析结果将对今后网壳结构的广泛应用有指导意义.     

火灾下K8型单层网壳弹塑性稳定承载力计算

由于火灾高温导致钢材弹性模量减小,单层网壳结构在火灾下更容易发生整体失稳现象,为了获得火灾下K8型单层网壳弹塑性稳定承载力计算方法,分析了单层网壳结构火灾高温下有限元计算的原理,对K8型单层网壳结构在整体不均匀温度场和局部高温两种典型火灾升温情形下的弹塑性稳定承载力进行了系统的计算分析和对比,并在此基础上,借鉴常温下K8型单层网壳火灾下弹塑性稳定承载力的计算表达式,得到了火灾下弹塑性稳定承载力的具体计算公式.     

双层球面网壳的风振特性与等效静风荷载

对于网壳结构的抗风性能研究以往大多针对单层网壳,而实际工程中应用较多的则是双层网壳,因此,有必要研究双层网壳的风振性能和抗风设计方法.以实际工程为例,对双层球壳结构的风致动力响应特性进行系统研究,结果表明,对于刚度较大的双层球壳,脉动风响应以背景分量为主,结构对风荷载的动力放大作用可以忽略不计.在此基础上以脉动风荷载均方差作为基向量,提出一种不同于现行规范的等效静风荷载表达方法.     

80 m球径螺栓球节点单层球面网壳稳定性能分析

螺栓球节点是一类半刚性节点,能否应用到单层网壳中一直是该领域急需解决的关键问题之一,本文首先通过螺栓球节点域的有限元分析,利用已有试验研究结果,获得螺栓球系列节点的弯矩-转角关系,再通过数值方法将其引入到整体网壳的节点刚度模拟中,建立了半刚性节点网壳分析方法.在此基础上,针对沈北新区市民健身中心80 m直径单层球面网壳,采用螺栓球节点连接设计,并进一步对结构施工成形过程中的多个状态进行非线性稳定性分析,也对覆盖饰面材料后网壳的稳定性能进行了探讨.分析结果表明:在施工阶段,网壳局部杆件以受弯为主,导致水平荷载作用下1/2球的极限承载力最低,而竖向荷载作用下的3/4球则因为其上部变形较大导致其极限承载力下降较多;在网壳合拢后,受弯构件转化为以受轴向力为主,其竖向、水平极限承载力分别到达设计荷载的4.7倍和9.2倍,因此只要通过合理措施,避免施工各阶段可能出现的失稳破坏,螺栓球节点完全可以应用到单层网壳结构中.     

局部单双层网壳的初步优化

局部单、双层网壳结构的设计涉及截面、形状和拓扑优化。为满足初步设计对计算效率的要求,采用均匀设计法来实现结构的多级别优化。实验设计使用现有的网壳结构设计软件,对计算结果进行回归分析,得到指标(用钢量、变形、基频和最小非线性屈曲荷载)与变量(网壳矢高、单层部分范围和单层部分杆件设计应力比)之间的近似函数关系。求解简单的规划问题,得到变量之间的最优水平组合。一个点支承六边形局部单、双层网壳的比较设计说明了方法的效率和可靠性。     

单层椭圆抛物面网壳结构非线性整体稳定研究

以具有实际工程意义的30 m×30 m跨度的单层椭圆抛物面网壳为研究对象,利用ABAQUS有限元程序对网壳的非线性整体稳定性能进行系统的分析,同时考虑矢跨比、初始几何缺陷、约束条件等因素对该网壳稳定性的影响.考察网壳的屈曲模态、屈曲路径,求出了全过程曲线和极限稳定承载力,全面了解单层椭圆抛物面网壳整体非线性失稳的规律性.研究表明:网壳极限承载力随着结构矢跨比的增加而逐渐增大;对竖向荷载的不对称分布和初始几何缺陷比较敏感,半跨竖向的屈曲荷载仅为满跨竖向的70%;支座刚度的增大可适当提高网壳的极限承载力.     

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.     

单层双曲扁网壳的稳定性

有计划地７８３余例实际尺寸的单层双曲扁网壳进行了非线性全过程分析,求得了它们的极限承载力,系统地考察了初始缺陷和不对称荷载分布对网壳性能的影响。通过这种大规模参数分析方法,掌握了单层双曲扁网壳稳定性能的规律性,在此基础上提出了供设计人员使用的实用公式．     

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。     

单层施威德勒型球面网壳屈曲路径全过程追踪

以单层施威德勒球面网壳为研究对象,通过使用ANSYS有限元程序,利用弧长法进行结构几何非线性计算跟踪后屈曲平衡路径,求出网壳的失稳模态和极限稳定承载力,研究不对称加载对单层网壳极限稳定承载力的影响规律。研究表明：弧长法是网壳结构整体非线性分析的有效方法,能有效地追踪网壳失稳全过程,确定极限稳定承载力;在非对称荷载所占比例较大时,非对称加载比对称加载易引起失稳,设计中非对称荷载起主要控制作用。     

三维地震作用下应用FPB单层球面网壳抗震性能

为准确确定三维地震作用下应用摩擦摆支座(FPB)单层球面网壳结构的减震效果,在精细化建模基础上,分析了摩擦摆支座的隔震机理,并对摩擦摆支座单层球面网壳结构从静力和动力两个方面进行分析.静力荷载作用下,从结构内力、变形和稳定性3个方面分析摩擦摆支座对网壳结构静力力学性能的影响;三维地震作用下,应用动力时程分析方法分析了地震动强度以及摩擦摆支座参数对单层球面网壳抗震性能的影响规律.结果表明:静力作用下,加强外环杆件能有效改善摩擦摆支座对网壳结构的不利影响;三维地震作用下,地震动强度越大,摩擦摆支座隔震性能越好;摩擦摆支座的最优摩擦系数随着地震动强度的增大而增加;摩擦摆支座曲率半径越大网壳结构的抗震性能越好.     

板锥柱面网壳结构自振特性分析

板锥柱面网壳结构是一种新型的空间结构,此类结构受力合理、整体刚度大、稳定性好,是一种具有广阔发展前景的结构型式。本文基于有限元方法,采用子空间迭代法,研究板锥柱面网壳结构的自振特性;考虑不同跨度、矢跨比、长跨比、网格尺寸对其自振特性的影响;在大量参数分析、计算的基础上,得出了网壳的自振规律,为板锥柱面网壳结构的应用和设计提供理论指导。     

板锥网壳结构的受力性能分析

采用组合结构有限元法详尽分析了板锥网壳结构的受力特性,并与普通双层网壳结构进行了比较,分析结果表明,板锥网壳结构受力性能合理,比双层网壳结构具有更大的优越性。     

隔振支座对大跨度网壳的振动控制分析

本文通过建立了橡胶隔振支座与设置隔振支座的网壳结构的力学模型,研究了隔震支座控制下,大跨度空间单层柱面网壳结构在地震作用下振动响应,结果表明:隔震支座对结构的振动可以起到良好的控制作用,但地震强度对隔震支座耗能能力影响较大,在最大水平行程内,地震强度越大,耗能能力越强;在不同地震波作用下,隔振网壳结构体系的振动控制效果有所不同,其中:EL Centro波作用的结构被动控制效果最佳。     

80 m球径螺栓球节点单层球面网壳强震失效机理

为探究半刚性节点单层球面网壳在强震作用下的失效机理,以沈北新区80 m球径螺栓球节点单层球面网壳为研究对象,采用通用有限元软件ANSYS,引入节点试验和数值分析数据来模拟实际工程中螺栓球节点的抗弯性能,建立可考虑节点实际连接刚度的精细化数值模型,并进一步考虑局部杆件和节点加强、壳体外表面安装维护材料等不同结构条件的变化,在此基础上,对其开展强震作用下的失效机理研究.分析结果表明:沈北新区80 m球径螺栓球节点单层球面网壳的失效机理为局部节点瞬时大量破坏导致的结构动力失稳倒塌.局部加固网壳只能改善结构正常使用状态的各项响应指标,无法提高结构极限承载力.在现有结构表面安装维护面板,其各项响应指标(位移、支座反力等)皆明显增大,极限承载力下降57.1%,抗震能力明显降低.     

板锥柱面网壳的静力特性影响因素分析

板锥网壳结构是一种受力性能合理的新型空间结构形式。采用组合结构有限元法对板锥柱面网壳的静力特性影响因素进行了详尽的分析,着重研究了结构形式、几何参数和边界条件对板锥柱面网壳静力特性的影响。分析结果表明,形式不同的板锥柱面网壳,结构的变形规律及内力分布规律相去甚远,对于同一型式的板锥柱面网壳,仍因其几何外形,尤其是矢跨比的不同有不同的结构反应。板锥柱面网壳是边界条件敏感型结构,边界约束条件的细微变化将有可能使结构产生相当大的变化。因此,了解影响板锥网壳结构静力特性的因素是十分重要的。