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。     

半刚性连接网壳结构的有限元分析

建立了半刚性连接网壳结构的有限元模型,推导了考虑节点柔性的三维梁单元刚度矩阵,并对单元的固端力做了修正.在此基础上编写了相应的用户子程序UEL,该程序可以对半刚性连接的网壳结构进行节点位移和杆件内力的计算分析.算例验证了本文所提出的模型及所编程序的正确性,最后分别对单层和双层网壳结构进行了半刚性节点分析,通过计算得到了一些有益于指导网壳工程设计的重要结论.     

"变刚度"法在网壳结构设计中的应用

网壳结构杆件之间的连接,无论是采用螺栓球节点或者焊接空心球节点,都不可能实现完全的柔性或完全刚性连接,这就给结构的设计造成了一定的困难.针对这个问题,提出了"变刚度"的内力分析方法,即在梁单元有限元法的基础上,引入α系数(0<α≤1.0)对杆件惯性矩进行调节以模拟球节点的刚性反映,随着α取值的不同,可以得出网壳结构处于不同刚度连接状态下的内力变化规律,以便对不同球节点的刚度取值提供一定的理论依据.     

杆件随机初弯曲对半刚性连接单层网壳稳定承载能力影响研究北大核心CSCD

单层网壳结构是一种缺陷敏感型结构,其稳定承载能力受节点刚度和杆件初弯曲的影响较大.为更有效地研究节点半刚性和杆件随机初弯曲对网壳稳定承载能力的影响,引入双单元法实现了对网壳节点半刚度特性的模拟,运用了一种同时考虑节点刚度和杆件初弯曲的数值方法,分析了节点刚度、杆件初弯曲大小和方向的随机性对网壳屈曲承载能力的影响.深入研究了屈曲荷载系数的概率分布,得到其概率分布规律,拟合了关于网壳屈曲荷载系数的对数均值和对数标准差随节点刚度系数变化的折减系数公式.据此可高效简便地推导出网壳屈曲荷载系数的置信区间,从而得到网壳的极限屈曲荷载,为单层网壳结构的稳定承载能力分析提供了一种准确实用的分析方法.     

考虑节点刚度影响的新型大跨弦支穹顶结构温度效应分析

以1种新型大跨弦支穹顶结构为对象,采用有限元软件MIDAS/Gen800,在计算温度作用对结构基本静力性能影响的基础上,通过参数化分析,研究节点刚度对温度作用下弦支穹顶结构的构件内力、结构挠度和支座反力等响应的影响规律。结果表明:焊接空心球节点刚度对网壳靠中心部位杆件应力温度响应的影响较大,而水平支座约束刚度对网壳靠外部杆件应力温度响应的影响较大;从变化率上来看,焊接空心球节点刚度对外圈环索内力温度响应的影响较小,对内圈环索内力温度响应的影响较大,而水平支座约束刚度对各圈环索内力温度响应的影响程度相近。     

半刚性节点单层球面网壳结构的抗震性能及其设计方法

由单根或多根螺栓现场拼装而成的半刚性节点单层球面网壳逐渐受到工程设计人员及一些学者的关注。这种节点具有一定的弯曲刚度和扭转刚度,是介于刚接和铰接节点之间的一种半刚性节点。利用文献中的弯矩-转角曲线对凯威特型半刚性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、地震动、节点弯曲刚度等参数的变化规律;通过大规模参数分析,采用基于包络响应的地震内力系数统计方法,给出凯威特型半刚性节点单层球面网壳考虑杆件弯矩影响的地震内力系数取值;提出基于地震内力调整系数的凯威特型半刚性节点单层球面网壳的实用抗震设计方法,可为工程设计提供参考。     

世博会阿联酋馆结构设计与研究

世博会阿联酋国家馆外形为两座沙丘,体型较为特殊。阿联酋馆为临时性建筑,世博会后将拆除并移至异地重新安装继续使用,故杆件间的连接均可拆卸。结构体系主要为单层网壳,节点采用了国内较少应用的螺栓连接节点。文中着重介绍了网壳螺栓连接节点的设计。结合节点试验研究与数值计算,确定螺栓连接节点刚度,并对节点抗弯刚度对结构整体稳定的影响进行了分析。研究结果表明：螺栓连接节点在网壳平面外为半刚性连接,试验得到的节点受弯承载力较数值分析结果偏大;节点抗弯刚度对网壳结构的周期和竖向变形影响较小,对结构整体稳定性影响较大。     

双曲面网壳半刚性节点试验及弹塑性屈曲分析

为研究X形节点刚度对网壳结构弹塑性屈曲性能的影响。本文以广东移动南方基地大型双曲面单层网壳结构为背景,对4组X形节点进行平面内、外的弯曲刚度试验和有限元模拟,得到X形节点各杆件的弯矩–转角曲线,进而计算出节点各杆件的名义转动刚度值。结果表明:支座约束情况对节点转动刚度影响较大;平面外荷载下,节点转动刚度大,可按刚接处理;平面内荷载下,节点半刚性不容忽视。基于试验结果,考虑结构安装缺陷,采用MATRIX27单元对网壳节点刚度进行模拟,得到结构倒塌破坏全过程的荷载–位移特性,并对网壳节点在不同转动刚度下的极限承载力进行了对比分析。结果表明:X形节点转动刚度减小,网壳结构极限承载力降低;安装缺陷增大,网壳稳定性减弱。     

单层柱面网壳相贯节点刚度影响分析

节点刚度与单层网壳结构的刚度与稳定性关系密切。采用了可以真实模拟相贯节点单层柱面网壳的多尺度计算模型,在节点域内采用精度较高的壳单元,在节点域外采用梁单元,节点域与杆端在连接面形心处位移与转角保持连续。该计算模型可以较为准确地反映相贯节点的力学性能,计算精度高、单元数量少,可同时进行结构整体与节点局部的计算分析。运用该模型全面考察了相贯节点刚度对单层柱面网壳跨中挠度、动力特性与屈曲性能的影响。通过对相贯节点进行补强,能够有效增强节点的刚度,采用梁单元模型即可进行单层网壳结构的计算分析,结构设计简便、结构效能较高。     

铝合金板式节点刚度对网壳稳定性能影响研究

铝合金板式节点网壳是一种典型的半刚性节点网壳。采用ANSYS有限元软件对铝合金板式节点网壳弹塑性稳定性能进行了有限元分析。建立了考虑节点刚度的杆件单元模型。采用Combin39单元对节点非线性弯曲刚度进行模拟。分析了节点刚度对网壳失稳模态、应力分布和极限承载力的影响。研究发现,节点的非线性弯曲刚度对网壳整体稳定性能具有削弱作用,其削弱作用随着网壳矢跨比的减小而加大。最后,为了了解节点刚度四折线模型中各参数对网壳稳定性能的影响而进行了参数分析。研究表明,网壳极限承载力随着滑移弯矩和嵌固刚度的减小而降低,而其它节点刚度参数的影响可以忽略。     

蜂窝型柱面网壳结构的参数化设计及加强

利用通用有限元软件ANSYS参数化设计语言,建立蜂窝型网格(正六边形)的柱面网壳模型。同时,针对单纯的六边形网格柱面网壳由于刚度和稳定性较低,无法在中大跨度网壳结构中使用的问题,借鉴网壳、网架结构中正放四角锥型的腹杆连接形式,提出在每个六边形网格上施加正放六角锥型腹杆的连接形式,从而使每个六边形网格都得到加强。结构分析表明,单元网格得到加强后的六边形网格柱面网壳整体刚度和稳定性都得到很大程度的加强,且由于网格加强的杆件均采用较小的截面以及结构得到加强以后自身承载能力增加所带来的耗钢量的降低,故加强后的结构在保留六边形结构简洁、通透、耗钢量低等优点的前提下,大大提高了六边形网格柱面网壳结构的适用范围。同时,采用参数化设计方法建立的参数化建模程序为进行不同类型、不同几何参数下六边形柱面网壳的受力分析和设计方案比较提供了极大的方便。     

Experimental research and finite element analysis of plate-cone cylindrical reticulated shell

为研究板锥网壳结构的实际承载能力和破坏全过程，了解结构的受力性能和整体刚度，对板锥柱面网壳结构进行模型试验研究。对试验模型的细部构造进行设计，确定上弦节点、下弦节点、支座节点、锥体成形及连接构造。对两纵边支承的试验模型在正常荷载工况和破坏荷载工况下进行加载试验，并采用ANSYS软件对试验模型进行非线性有限元分析。结果表明：板锥柱面网壳的整体刚度大，在正常荷载模式下，结构的变形很小，最大竖向位移与跨度的比值为1/3787，弦杆的受力主要是沿拱轴方向传递；在破坏荷载模式下，锥体的节点板连接处率先发生局部屈曲，之后焊点破坏，结构丧失承载能力。有限元与试验所得承载力最大误差为11%，破坏模式基本一致，所用有限元分析方法可靠。     

板锥柱面网壳结构的试验研究与有限元分析

为研究板锥网壳结构的实际承载能力和破坏全过程,了解结构的受力性能和整体刚度,对板锥柱面网壳结构进行模型试验研究。对试验模型的细部构造进行设计,确定上弦节点、下弦节点、支座节点、锥体成形及连接构造。对两纵边支承的试验模型在正常荷载工况和破坏荷载工况下进行加载试验,并采用ANSYS软件对试验模型进行非线性有限元分析。结果表明：板锥柱面网壳的整体刚度大,在正常荷载模式下,结构的变形很小,最大竖向位移与跨度的比值为1/3787,弦杆的受力主要是沿拱轴方向传递;在破坏荷载模式下,锥体的节点板连接处率先发生局部屈曲,之后焊点破坏,结构丧失承载能力。有限元与试验所得承载力最大误差为11%,破坏模式基本一致,所用有限元分析方法可靠。     

大连体育馆弦支穹顶结构张拉成形及静载试验研究

大连体育馆屋盖采用了弦支穹顶结构,为探索不同张拉方案的优劣及可行性,校核结构数值分析时数值模型和计算结果的准确性,研究结构在施工、设计荷载下的受力特性,对大连体育馆缩尺模型结构进行张拉成形和静力加载试验,结合有限元软件ANSYS对试验进行全过程模拟。结果表明:撑杆的内力和节点位移的试验值与理论值吻合较好,以撑杆内力为张拉控制目标,达到了张拉要求;撑杆顶升成形方法在试验中需进行反复调试,可控性较差,且需要对索进行精确下料,难度高;斜索张拉法可控张拉点较多,且斜索索力相对较小,索力可控性好,成形精度更高,故在施工中建议采用斜索张拉方案;在静力加载试验中,弦支穹顶上部网壳节点的位移、撑杆轴力和杆件应变与荷载基本满足线性关系,表明结构整体竖向刚度在设计荷载范围内未出现弱化,网壳杆件整体应力水平在设计范围内,结构满足设计要求。     

梁柱螺栓连接节点刚度对装配式斜支撑钢框架结构受力性能影响研究

采用ANSYS有限元分析软件,对单榀单层纯钢框架、斜支撑钢框架和30层装配式斜支撑钢框架整体结构进行分析,结果表明,梁柱螺栓连接节点刚度对纯框架的构件内力、构件承载力、侧向位移、楼层刚度、自振特性、构件损伤率、极限荷载、结构破坏模式等影响较大,应按照节点实际连接刚度计算;对斜支撑框架的受力性能影响较小,可以按照节点刚性连接进行计算;对30层整体结构的影响与无斜支撑梁柱螺栓连接节点占总节点的比率有关,当比率小于4.2%且梁柱节点转动刚度达到3×10⁴kN•m•rad^-1以上时,可以按照节点刚性连接假定进行结构整体设计分析,无需修正。当不满足上述要求时,提出了先将梁柱螺栓连接节点简化为刚性连接计算,再对结构位移、周期、构件承载力等进行修正的简化分析方法。文中研究结果可为该结构体系的设计提供参考。     

黏滞阻尼器有效刚度对结构的影响及其取值方法研究

目前,在进行消能减震结构分析时,通常忽略黏滞阻尼器的刚度,影响了结构受力与响应的准确性。为此,阐述黏滞阻尼器刚度特性及其对结构的影响,给出一种适用于时程分析的有效刚度迭代取值方法。对设置黏滞阻尼器消能减震模型、附加有效阻尼比等效模型和附加有效阻尼比与有效刚度等效模型的三组模型进行分析,研究黏滞阻尼器有效刚度对结构受力与响应的影响。结果表明:采用附加有效阻尼比与有效刚度等效模型分析得到的结构楼层剪力与层间位移角的变化趋势基本和采用消能减震模型分析的结果一致;采用附加有效阻尼比等效模型与采用消能减震模型分析的结果则相差较大;时程分析中采用提出的有效刚度迭代取值方法是可行的,建议黏滞阻尼器消能减震结构设计时考虑黏滞阻尼器有效刚度的影响。     

单层网壳顶盖与下部罐体的协同工作性能研究

单层网壳结构已被应用于大型储液罐的顶盖结构中,而目前在此类顶盖的分析设计中,往往忽略下部罐体与上部网壳顶盖间的协同工作性能。考虑到下部罐体,利用通用有限元程序模拟上下部的径向连接刚度,分析网壳顶盖的整体稳定性能;并基于附加质量法,建立储液罐抗震简化分析的附加质量模型,研究下部罐体、径向连接刚度等因素对网壳顶盖动力性能的影响。结果表明,上下部协同工作性能对网壳顶盖的稳定性、动力性能影响较大,在结构分析设计中,应综合考虑。     

超长大跨结构多点激励的若干问题研究

多点地震激励对超长大跨结构地震反应分析有重要意义,视波速是多点地震激励的重要参数,目前其确定方法尚无统一认识,并且多点地震激励分析中未考虑基础刚度对结构的影响。文章分析影响视波速取值的因素,给出了视波速的取值方法,并提出地震反应分析中考虑基础刚度的模型及基础刚度的计算方法。以某机场航站楼设计为工程背景建立计算模型,采用时程分析法进行考虑基础刚度影响的一致与多点地震激励,分析视波速以及基础刚度对超长大跨结构多点激励的影响。结果表明,视波速的大小将直接影响结构受多点激励影响的强弱,工程中应重视视波速的合理取值;基础刚度对超长大跨结构行波效应的影响由结构底部向上递减,对结构下部楼层的影响较为显著;刚性基础可能会高估多点地震激励对结构最大楼层总剪力、层间位移角以及框架柱内力的影响,而屋盖构件内力反应受基础刚度的影响不大。     

地下工程连通接驳等效刚度加固机理及方法

地下工程拓建连通接驳时,通常侧重既有结构开洞与加固的强度校核,对结构刚度在内力重分配中的作用重视不够,加固环梁初始断面的确定亦缺乏依据。基于超静定结构的力学特性,提出拓建结构连通接驳的等效刚度加固机理及方法。得出如下结论:(1)超静定结构对变形的敏感性强,连通接驳设计及施工应降低开洞变形对既有结构内力的影响;(2)连通接驳等效刚度的目的是实现加固环梁与拆除结构刚度的等效性;(3)等效刚度法为加固环梁初始断面的确定提供计算方法,为结构强度校核提供依据;(4)建议连通接驳采用“先加固、后开洞”的措施,实现开洞过程中,加固环梁承担主要的应力分配,保护既有结构的安全。     

水平荷载作用下交错桁架结构的内力和侧移计算

本文通过对交错桁架结构在水平荷载作用下受力特点的分析,把结构中的楼板等效于与横向框架铰接的刚性链杆,建立了构件内力、层间侧移和楼层侧移计算的平面协同分析模型。通过对结构中柱子和竖向腹杆的受力分析,给出了交错桁架结构中柱子和竖向腹杆侧移刚度的力学计算模型和计算公式。根据水平荷载作用下桁架中远离空腹节间的弦杆弯矩较小的特点,假定桁架弦杆只在空腹节间和与其相邻的节间存在弯矩,给出了桁架侧移刚度的力学计算模型和计算公式。在楼板刚度无穷大假定的基础上,运用同一楼层水平侧移相等这一条件,提出了考虑柱子轴向变形影响的刚性链杆中轴力、构件内力、层间侧移和楼层侧移的计算方法。实例分析结果表明,本文方法简单实用,与ANSYS分析结果接近。