应用摩擦摆支座的单层球面网壳地震响应分析

为研究摩擦摆支座对网壳结构抗震性能的影响,本文分析摩擦摆支座的隔振机理,应用LS-DYNA有限元软件对摩擦摆支座进行实体建模,并验证该种建模方法的正确性。将静力作用下的铰支座和摩擦摆支座单层球面网壳的力学性能进行对比,结果表明应用摩擦摆支座使网壳结构的初始变形增大;在此基础上,对应用摩擦摆支座的单层球面网壳施加不同强度的地震动,从杆件轴力、节点加速度和节点相对位移三个方面对结构的动力响应特性进行分析,并讨论摩擦摆支座在单层球面网壳结构中的有效性和适应性,得到随着地震动强度的增加,轴力振动幅值减小的杆件数目及加速度和相对位移减小的节点数目也是增加的结论。最后,通过对最外环杆件截面加强,对应用摩擦摆支座的单层球面网壳同样进行地震响应分析,讨论外环杆件加强对结构抗震性能的影响。     

变摩擦-摩擦摆支座减震机理及减震效果有限元分析

将传统摩擦摆支座的球形滑面划分为n个圆环区域,研发一种新型变摩擦-摩擦摆支座,通过在不同环面上铺设不同材料从而实现摩擦系数的变化;通过理论及数值方法分析变摩擦-摩擦摆支座的减震机理,并探讨n变化时支座减震机理的变化规律;将n=6的新型变摩擦-摩擦摆支座应用到K8型单层球面网壳结构中,研究变摩擦-摩擦摆支座网壳结构的抗震性能,并分析传统及新型变摩擦-摩擦摆支座结构减震效果的差别。与传统摩擦摆支座相比,变摩擦-摩擦摆支座刚度和阻尼具有良好的自适应特性,并且随着n的增大,支座的自适应特性逐渐增强;变摩擦-摩擦摆支座单层球面网壳结构具有良好的抗震性能,与传统摩擦摆支座网壳结构相比,变摩擦-摩擦摆支座结构的减震效果更优。     

带初始角度的摩擦摆支座单层球面网壳结构受力性能研究

将带初始角度的摩擦摆支座应用到单层球面网壳结构中,通过有限元分析,研究了单层球面网壳结构的受力性能。选取El Centro波、Taft波,在水平、竖向和三维地震作用下分析带初始角度的摩擦摆支座对单层球面网壳结构抗震性能的影响。结果表明:静力荷载作用下,随着摩擦摆支座初始角度的增大,支座提供的水平支承力增加,单层球面网壳结构的内力和变形减小;当摩擦摆支座的初始角度小于15°时,在水平和三维地震作用下,网壳结构的减震效果相近,而在竖向地震作用下,随着摩擦摆支座初始角度的增大,网壳结构的减震效果增加;建议摩擦摆支座的初始角度小于15°。     

单层柱面索拉网壳结构静力特性分析

柱面索拉网壳是一种混合形式的单层网壳,常用于玻璃采光顶支承结构.本文讨论了这种结构的静力特性,比较了在满跨荷载作用下单层柱面索拉网壳和普通柱面网壳的位移及钢杆件应力,然后计算了各种参数(钢杆件截面、索截面、索初始预应力、长跨比、矢跨比)对柱面索拉网壳结构静力特性的影响,计算结果表明:单层柱面索拉网壳的静力特性优于单层柱面网壳;单层柱面索拉网壳的位移随着钢杆件截面和索截面的增大而减小;一定的初始预应力对索拉网壳的静力特性影响很大;随着矢跨比增大,柱面网壳的位移先增大后减小;结构的位移和钢杆件应力随长跨比的增大而增大.     

FPB安装位置对柱支承K8型单层球面网壳结构力学性能的影响

针对FPB 2种不同安装位置(FPB-柱顶和FPB-柱底),开展了柱支承K8型单层球面网壳结构力学性能方面的研究。静力方面,从内力、变形及稳定性3个方面进行分析,结果表明,当FPB安装在柱底时,FPB和铰支座网壳结构静力力学性能相近,且优于FPB-柱顶网壳结构。动力方面,探讨了FPB安装位置的不同对网壳结构抗震性能的影响,结果显示,水平地震作用下,FPB-柱顶结构的减震效果明显优于FPB-柱底结构,减震效果相差约15%;竖向地震作用下,从杆件内力及节点加速度2个方面分析,FPB-柱顶网壳结构减震效果明显优于FPB-柱底结构,而随着PGA增大,FPB-柱顶网壳结构竖向相对变形逐渐大于FPB-柱底结构。     

TMD系统在单层球面网壳竖向减震中的应用北大核心

随着空间网格结构朝着大跨度、大空间的方向发展,结构在竖向地震作用下的响应不容忽视。为降低单层球面网壳在竖向地震作用下的结构响应,采用TMD系统对其进行竖向减震控制。以K8型单层球面网壳为研究对象,基于Kanai-Tajimi过滤白噪声模型合成了4条代表不同场地类别的激励波进行动力时程分析,以结构最大节点位移、最大Mises应力和最大加速度综合减震率为参考指标,探求了TMD质量比、调谐频率、阻尼比等参数对减震效果的影响规律,并优化分析了TMD系统在网壳上的布置位置。对网壳结构进行了矢跨比参数分析,比较发现:网壳矢跨比分别为1/7、1/5和1/3时,TMD系统减震效果呈随矢跨比增大而下降的趋势。建议TMD系统应用于单层球面网壳上时,其矢跨比不宜大于1/5。     

TMD系统在单层球面网壳竖向减震中的应用

随着空间网格结构朝着大跨度、大空间的方向发展,结构在竖向地震作用下的响应不容忽视。为降低单层球面网壳在竖向地震作用下的结构响应,采用TMD系统对其进行竖向减震控制。以K8型单层球面网壳为研究对象,基于Kanai-Tajimi过滤白噪声模型合成了4条代表不同场地类别的激励波进行动力时程分析,以结构最大节点位移、最大Mises应力和最大加速度综合减震率为参考指标,探求了TMD质量比、调谐频率、阻尼比等参数对减震效果的影响规律,并优化分析了TMD系统在网壳上的布置位置。对网壳结构进行了矢跨比参数分析,比较发现:网壳矢跨比分别为1/7、1/5和1/3时,TMD系统减震效果呈随矢跨比增大而下降的趋势。建议TMD系统应用于单层球面网壳上时,其矢跨比不宜大于1/5。     

设置改进型三重摩擦摆支座的双层网壳结构的地震响应分析

改进型三重摩擦摆隔震支座是一种新型隔震支座,通过在传统三重摩擦摆支座四角设置黏滞阻尼器得到。将这种隔震支座用于双层球面网壳结构中,分析设置固定铰支座、传统三重摩擦摆支座和改进型三重隔震支座的三种不同支座的网壳模型。通过地震响应分析,提取了杆件轴力、节点加速度、柱脚反力和支座位移时程曲线。结果表明:与设置固定铰支座的双层网壳相比,改进型三重摩擦摆支座的结构地震响应大大减小;与设置传统三重摩擦摆支座的结构相比,杆件轴力及节点加速度略有增大,但是能有效地减小支座滑动位移,克服了摩擦摆支座因滑移位移大而在建筑中的使用大大受到限制的缺点,改善了下部柱子偏心受压的情况。阻尼器的存在还使上部结构和柱子之间产生拉力,使柱子轴力减小,进一步说明改进型支座具有抗拔性,满足拉压型构造的要求。     

摩擦摆隔震支座在网壳结构中多尺度模型分析

为研究摩擦摆隔震支座在网壳中的隔震特性和局部受力特性,利用ABAQUS有限元软件建立摩擦摆支座的实体模型,并将其应用于网壳结构,建立网壳结构的多尺度模型,并对该多尺度模型进行动力分析。分析表明摩擦摆隔震支座的加入可以有效的延长结构低阶振型的自振周期,而对结构的高阶振型的自振周期影响很小。通过对网壳结构输入单向地震波,探讨不同地震动输入强度下摩擦摆支座水平刚度变化对网壳节点加速度峰值、节点位移峰值及杆件轴力的影响。研究表明随着地震强度增加,摩擦摆隔震支座的水平刚度变化对网壳隔震响应影响越显著。在强震作用下摩擦摆隔震支座发生局部破坏,但不影响整体模型的多尺度分析。     

杆件初弯曲对半刚接单层柱面网壳稳定承载力的影响研究

为了系统地研究杆件初弯曲对半刚接单层柱面网壳稳定承载力的影响,对5种矢跨比的半刚接网壳进行了双重非线性全过程分析。首先阐述了焊接球节点刚度及随机杆件初弯曲的确定方法,然后深入研究了杆件初弯曲对5种矢跨比的半刚接网壳稳定承载力的影响程度,最后探讨了具有杆件弯曲的半刚接网壳的破坏过程。研究结果表明,杆件初弯曲对半刚接网壳稳定承载力的影响程度与网壳矢跨比和初弯曲分布形式有关。如杆件初弯曲对矢跨比为1/3、1/4半刚接网壳的影响甚微,对矢跨比为1/5半刚接网壳的影响较为明显。矢跨比为1/6半刚接网壳的承载能力对个别杆件的弯曲形式较为敏感,而对某些杆件的初弯曲形式不敏感;随着矢跨比的减小,具有杆件初弯曲的半刚接网壳的极限荷载的离散性先增大后减小;网壳达到极限状态之后,失稳区域的竖向位移、杆件的弯曲应力和节点的转角迅速增大,网壳的受力状态转变为弯曲应力状态,当失稳区域的位移较大时,会引起该区域部分杆件丧失稳定,最终导致网壳发生整体失稳。     

局部双层网壳结构设计

依据梁 柱单元非线性有限元理论 ,编制了网壳结构几何非线性分析程度 ,分析了不同矢跨比、不同双层杆件布置区域的两种跨度的局部双层网壳的静力、稳定特性 ,比较了变化规律 ,确定了不同矢跨比下 ,单层网壳边界处布置双层杆件的合理范围。所得结果可为类似结构设计提供依据     

杆件初弯曲及偏心对单层柱面网壳稳定承载力的影响研究

单层网壳属于缺陷敏感型结构.为理清杆件初弯曲及杆件偏心对单层柱面网壳稳定承载力的影响程度,对1500余例缺陷网壳进行了双重非线性分析,深入研究了两者对网壳稳定承载力的影响程度与规律.研究表明,杆件初弯曲对网壳稳定承载力的影响程度与矢跨比有关,对于文中算例,矢跨比为1/6的网壳的承载能力对杆件初弯曲较为敏感,而其他矢跨比网壳对此不敏感;随着矢跨比的减小,极限荷载的变异系数先增大后减小.杆件偏心对网壳极限荷载的影响程度也有矢跨比有关,杆件偏心对矢跨比为1/6的网壳的极限荷载影响最为显著;网壳的稳定承载能力与杆件偏心的分布形式及大小均有紧密关系.     

网壳在温度变化下的静力分析

通过对空间网壳结构在温度变化下的有限元数值计算,本文采用子空间迭代法系统研究了网壳杆件在不同温度场作用下不同矢跨比球面网壳的变形和受力性能。结果表明日照温差减小了支座水平推力,但对杆件内力影响较大。     

基于抗拔型三重摩擦摆支座单层网壳的隔震性能分析

一般的摩擦摆支座不能竖向抗拔,限制了其在大跨度空间结构中的运用,故本文设计开发了抗拔型三重摩擦摆隔震支座。为研究该支座的隔震性能,将其运用在一跨度为80m的常用单层球面网壳中,进行在大震下的地震响应隔震分析。通过9度罕遇地震时程分析,分析单层球面网壳在考虑隔震支座后的位移及应力响应。与未加隔震支座结果进行对比分析。结果表明,后者的X向位移响应较前者相差约50%,Z向位移近70%,且后者杆件中几乎没有应力产生,说明该隔震支座运用于网壳结构中有良好的水平和竖向隔震性能。     

双层柱面网壳采用粘滞阻尼器的减震参数分析

研究了粘滞阻尼器对双层柱面网壳减震效果的主要影响参数和影响规律。通过考虑阻尼器不同的设置方式、设置位置和数量、阻尼系数,以及不同的网壳矢跨比,线性阻尼器与非线性阻尼器的比较等,进行了一系列减震参数分析。结果表明,替换方式优于附加方式,替换杆件的数量存在临界值,阻尼系数存在最优范围,网壳矢跨比的影响显著,非线性阻尼器和线性阻尼器的减震效果基本相同等。这些规律对实际工程应用具有一定的参考意义。     

网壳结构施工过程易引发杆件弯曲关键因素研究

为合理评估杆件弯曲对网壳结构力学性能的影响,并对存在杆件弯曲缺陷的网壳结构进行有效的加固设计方案,有必要对杆件弯曲机理进行研究。通过对某双层螺栓球节点网壳结构进行施工全过程精细化模拟,分别从施工方法、温度效应以及支座节点性能对结构的静力性能影响进行了分析。结果表明：考虑内扩悬挑施工方案的影响后,杆件最大应力增大29%,结构最大位移增大11%;下部网壳对温度效应较为敏感,随着环境温度的升高,温度应力相比合拢时增大3.7倍;当支座构造高度过大,考虑支座节点影响后,支座位移变化明显,与支座相连的杆件迅速屈服。因此,设计和施工此类网壳结构时,应合理考虑上述因素的影响。     

设置三维摩擦摆支座的北京工人体育场单层网壳罩棚竖向隔震性能研究

北京工人体育场为设置三维摩擦摆隔震支座(3D-FPB)的大跨网壳高位隔震结构。由于三维摩擦摆隔震支座的竖向刚度远小于传统摩擦摆隔震支座,可减小竖向地震作用,并调节不同支座之间的不均匀抬升。在有限元软件ABAQUS中建立了包含3D-FPB的大跨网壳模型,可准确考虑滑块在滑动面上抬升。进行罕遇地震弹塑性时程分析,并与采用普通FPB的模型对比,结果表明：3D-FPB可以降低网壳的竖向地震作用及悬挑端竖向加速度,减小对竖向荷载敏感的网壳构件的应力水平,并使相邻支座之间的竖向作用力分布更加均匀;当考虑支座不均匀抬升效应后,上部网壳的竖向地震作用及悬挑端竖向加速度增大;网壳构件在加载过程中始终保持弹性,在承载能力方面有充足安全储备。     

"凯威特-联方"马鞍型网壳静动力分析

在参数化设计快速建模的基础上,采用ANSYS软件分析了杂交型"凯威特-联方"马鞍型网壳在不同结构参数下的静力和动力性能.运用时程分析法对"凯威特-联方"马鞍型网壳进行地震响应分析,通过分析杆件和节点最大内力及位移时程响应曲线,得到结构内力与位移的分布规律.结果 表明:在矢高f、环向区域份数Kn和径向节点圈数Nx一定的情况下,上部结构径向圈数Ns与Nx的比值Ns/Nx接近0.8时网壳结构的整体挠度最小;跨度S与结构整体挠度和最大水平支座反力均成正比;在地震作用下网壳结构没有出现强度破坏,这为网壳结构选型优化和实际工程抗震设计提供了理论依据.     

"凯威特-联方"马鞍型网壳静动力分析

在参数化设计快速建模的基础上,采用ANSYS软件分析了杂交型"凯威特-联方"马鞍型网壳在不同结构参数下的静力和动力性能.运用时程分析法对"凯威特-联方"马鞍型网壳进行地震响应分析,通过分析杆件和节点最大内力及位移时程响应曲线,得到结构内力与位移的分布规律.结果 表明:在矢高f、环向区域份数Kn和径向节点圈数Nx一定的情况下,上部结构径向圈数Ns与Nx的比值Ns/Nx接近0.8时网壳结构的整体挠度最小;跨度S与结构整体挠度和最大水平支座反力均成正比;在地震作用下网壳结构没有出现强度破坏,这为网壳结构选型优化和实际工程抗震设计提供了理论依据.     

单层网壳在超大跨结构中的应用

运用ANSYS有限元软件对某纵跨为173m的超大跨单层网壳结构进行静力分析和稳定性分析,网壳最大位移为短跨的1/750,网壳稳定系数为7.2,两者均小于规范规定限制。说明采用箱形截面,合理布置杆件的单层网壳运用于超大跨结构是可行的。