不同载荷水平下球面网壳结构的可靠度及敏感性研究

以不同载荷水平作用下凯威特型球面网壳的可靠度与敏感性作为重点研究内容。根据杆件在网壳中的受力特点及分布方式,将杆件划分为7大类,深入探讨各类杆件的几何与物理参数的随机性对网壳结构可靠度、敏感性的影响规律;将网壳结构的最大变形、应变能、杆件屈服数和塑性应变定义为响应指标,研究荷载、弹性模量、屈服强度、杆件横截面面积和几何参数等随机变量对以上4个指标的影响程度;最后,得到不同荷载水平作用下网壳结构4个指标之间的相关性的变化规律。所得结论可为双层球面网壳结构的设计、优化提供参考与借鉴。     

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。     

杆件长度随机偏差对K6型单层球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.为了理清杆件长度随机偏差对K6型单层球面网壳稳定承载力的影响程度与规律,采用随机缺陷模态法引入杆件长度随机偏差,将杆件长度偏差视为服从正态分布的随机变量,考虑了4种矢跨比网壳、6种杆件长度随机偏差,对1200例网壳进行了稳定承载力分析.计算发现:杆件长度偏差越大,网壳的极限荷载越低,且离散性越大;当杆件长度最大偏差值为±3mm时,极限荷载的降低量超过了5%;当杆件长度最大偏差值为±5mm时,极限荷载降低量超过了10%;网壳极限荷载的均值与杆件长度偏差近似呈线性关系;不同的杆件长度随机偏差分布形式,会导致失稳位置与破坏模式的不同.网壳的失稳形式基本上为杆件失稳或点失稳;若网壳中杆件长度偏差分布形式完全相同,仅杆件长度偏差的大小不同时,网壳的破坏模式相似.     

杂交型椭球面网壳受力性能比对分析及形状优化设计

杂交椭球面网壳几何构造简单、结构受力合理,可改善肋环型、施威德勒型单一椭球面网壳顶点杆件连接过多及顶点附近应力集中的弊端。本文通过引入杂交型椭球面方程,采用ANSYS软件APDL参数化设计语言,研制了两类六种杂交型椭球面网壳参数化设计宏程序;并通过形状优化设计研究了其跨度、矢跨比、上部结构径向结点圈数等宏观几何参数变化对杂交型椭球面网壳受力特点的影响规律;得到一些具有工程价值的结论。     

铝合金球面网壳结构弹塑性稳定性研究

对铝合金球面网壳结构弹塑性稳定性能进行有限元研究,分析了网壳的失稳模态、变形、应力分布和极限承载力。通过参数分析,了解跨厚比、矢跨比、杆件长度、材料非线性、荷载分布模式、支承条件和初始缺陷对铝合金球面网壳整体稳定承载力的影响。最后,提出了铝合金球面网壳稳定承载力的安全系数设计方法。结果表明:对于铝合金球面网壳,JGJ 7—2010《空间网格结构技术规程》给出的安全系数K=4.2偏大。     

单点连续冲击荷载下单层球面网壳结构失效模式研究

为研究单点连续冲击荷载作用下单层球面网壳结构的失效模式,应用通用有限元软件ANSYS LS-DYNA建立了40m跨度,四种不同矢跨比的K8型单层球面网壳结构有限元模型。通过分析单层球面网壳结构在单点连续冲击荷载作用下失效全过程的冲击荷载、能量转化和杆件变形特点,总结归纳出单层球面网壳结构在单点连续冲击荷载作用下的五种失效模式:网壳局部凹陷、网壳局部凹陷时杆件剪切破坏、网壳整体塌陷、网壳整体塌陷时杆件剪切破坏、杆件剪切破坏。对五种失效模式进行了全过程研究分析,明确了单层球面网壳结构在单点连续冲击全过程中肋杆、环杆、斜杆的破坏形式和能量传递与转化特点。     

单层球面网壳在多维地震作用下的随机响应分析

采用课题组推导的多维虚拟激励理论方法及自编计算机程序，对常用K6型单层球面网壳多维地震反应规律进行了系统研究。论文首先对功率谱计算时的参数取法进行了讨论，然后对单层球面网壳进行了大量多维与单维响应对比分析，考虑了矢跨比、荷载、跨度等主要结构参数影响，给出了主肋、环杆、斜杆在不同参数下多维与单维地震反应对比规律及数值范围。分析结果表明，网壳大量主要受力杆件三维地震内力远远大于单维地震内力，得出在网壳抗震设计中必须要进行三维地震作用分析的结论。本文结果为网壳工程设计提供了参考。     

多维多点输入下压电智能网壳结构的动力稳定性分析

以40 m跨度K6型单层球面网壳为研究对象,采用时程分析法对大跨空间网壳结构进行了多维多点输入和单点一致输入下的地震响应分析,比较了2种地震荷载作用下的结构响应;将大跨空间网壳结构中受力较大的杆件替换为压电智能杆件,对比分析了多维多点输入下结构安装压电智能杆件前后的地震响应变化。结果表明:多维多点输入相对单点一致输入对大跨空间网壳结构会产生更加不利的影响,在网壳结构的抗震设计中是必须考虑的;安装压电智能杆件后结构多数杆件的地震响应明显减小,达到了稳定控制的效果。     

不同类型单层球面网壳结构弹性屈曲分析研究

文章利用ANSYS软件对三种类型的单层球面网壳结构进行弹性屈曲分析,在网壳尺寸及杆件截面相同的条件下,研究了网壳杆件分布形式对网壳屈曲临界荷载和屈曲模态的影响。研究结果表明:杆件分析形式对网壳屈曲临界荷载有较大的影响,其中,临界荷载从大到小依次为肋环斜杆型、K6型网壳、肋环型单层球面网壳;模态分析表明肋环斜杆型单层球面网壳稳定性最好。     

冲击荷载作用下四种典型施威德肋型单层球面网壳动力响应研究

为了研究4种典型施威德肋型单层球面网壳在冲击荷载作用下动力响应特征的差别,以4种典型施威德肋型球面网壳为研究对象,利用ANSYS/LS-DYNA进行参数化建模。首先介绍了分析模型及相关参数,选用考虑材料应变率影响的杆件模型,然后选择不同的冲击点对4种类型网壳分别进行竖向冲击荷载作用下的动力响应研究,最后从网壳结构的响应模式、位移、加速度、应变能4个方面进行了分析对比。结果表明:网壳结构的冲击响应模式随冲击物动能的改变而规律性变化;在相同的冲击荷载作用下,结构的动力响应均随着冲击点离支座越远而越强烈;4种网壳中无环杆的交叉斜杆-施威德肋型球面网壳结构在冲击荷载作用下的动力响应最大,因此在网壳选型时应谨慎选用。     

两种正四角锥形柱面网壳参数化建模

根据正四角锥形柱面网壳特点,采用ANSYS软件自带参数化设计语言APDL（ANSYS Parametric Design Language）,研制了正四角锥体系柱面网壳参数化建模宏程序;实现了给定柱面网壳跨度S、矢高F、跨度方向网格数m、长度方向网格数n参数下,该类柱面网壳的参数化建模。建模设计实例表明,该参数化建模宏程序简单、高效、实用,为采用ANSYS软件进行不同类型、不同几何参数下柱面网壳结构建模奠定了良好的基础。     

冲击荷载作用下带下部钢管柱单层球面网壳结构动力响应分析

为研究带下部钢管柱的单层球面网壳在冲击荷载下的动力响应,在ANSYS/LS DYNA中建立70 m跨度带下部钢管柱的K8型单层球面网壳与正方体冲击物的数值模型并进行数值分析。根据结构动力响应和最终变形,总结了结构在冲击荷载作用下的4种响应模式,并分析了各响应模式下的动力响应（冲击力、节点速度、节点位移、杆件应力）特点。通过改变冲击点位置以及下部柱高度等参数,分析这些参数对带下部钢管柱的单层球面网壳结构响应模式的影响,揭示了结构响应随各参数的分布规律。研究结果表明:水平侧向冲击作用下结构的冲击力主要为等腰三角形脉冲荷载;冲击柱顶点时,上部结构有杆件失效,结构的节点水平位移和杆件应力最大;冲击柱高度较低时,冲击力峰值较小,节点最大水平位移和杆件最大应力较大。     

大跨单层球面网壳的风振系数及其参数分析

本文针对某工程的单层网壳结构方案,采用其风洞试验数据,通过有限元方法在时域内进行三维风振分析,获得了钢网壳24个风向角下的竖向风振系数值,并通过对试验数据和计算结果的分析,确定了风荷载的不利风向角。同时考虑到钢网壳在风荷载作用下,不仅产生竖向风振,并且存在水平向风振,计算了不利风向角下的顺风向和横风向风振系数。进一步进行了该网壳结构在各种参数工况下风振系数的参数影响分析。结果表明:风振系数随风向角变化敏感,在抗风设计时应该考虑到这一规律;斜杆的使用大大减小了单层球面网壳的风振系数值;边界约束条件对风振系数的影响不大;结构阻尼比对竖向风振影响比水平风振响应更明显,阻尼比增大,风振系数有一定程度的减小。这些结论可为单层网壳结构抗风设计、防灾分析提供借鉴。     

半刚性节点对单层球面网壳的影响

单层球面网壳作为网壳结构的一种常见形式,对研究网壳结构有着重要意义。随着计算机的普遍应用,模拟并研究节点半刚性已经成为可能。典型算例结果表明,NIDA程序可以准确考虑各种缺陷和设计参数对钢结构稳定承载力的影响。文章主要利用NIDA软件,在模拟节点不同刚度的情况下,研究半刚性节点对于单层球面网壳位移,内力的影响,对刚度进行静力分析。最后对单层网壳的稳定性进行部分深入研究,全面探究半刚性节点对单层球面网壳性能的影响。从而揭示一阶效应在网壳研究中的弊端,而应该采用二阶效应的研究方法,为今后单层球面网壳的进一步研究提供参考。     

超大跨度球面网壳结构的设计与施工

福建鸿山热电厂厂房球面网壳跨度达到121.2 m,重点介绍了大跨度网壳结构的设计要点和悬挑施工的关键技术.通过对同类工程设计参数的合理取值分析,优化了施工工艺和流程,采用高空悬挑散装法,在确保设计安全和施工质量的前提下,达到了无支撑施工、缩短工期和降低成本的效果,相关施工方法可供其他工程参考.     

圆球型网壳结构拱圈荷载传递的连续分析法

鉴于定值计算方法的机械性和有限元法的复杂性，依据力学原理，利用积分手段，提出了圆球型网壳结构拱圈荷载传递的简化连续分析方法，总结出了圆球型网壳结构拱圈支承力衰减的基本规律，为网壳结构的优化合理设计提供了一个有效的理论依据。     

基于容许位移的网壳结构稳定验算实用方法

针对网壳结构的稳定承载能力分析操作复杂且所需机时较多的不足,本文提出了一种容许位移验算方法。该方法以设计临界荷载所对应的位移值作为容许位移值,将承载能力验算转换为位移验算,然后以容许位移值来校核网壳结构的稳定设计。以K8型单层球面网壳为例,展现了该方法的具体实现过程。实例设计表明该方法操作简单,计算量小,可为网壳结构在方案设计阶段进行稳定验算提供了一种近似方法。     

单层球面网壳结构地震响应的动力时程分析

本文以K8 型单层球面网壳为研究对象,运用时程法中的直接积分法计算网壳结构在地震作用下的地震响应,并与相应的静内力作了比较。结果表明,在单层球面网壳抗震设计中,应考虑水平地震作用响应,且宜用时程法进行抗震分析。最后,本文提出了对网壳工程设计有应用价值的结论和建议     

某球形会议厅结构设计与分析

介绍了某行政服务中心球形会议厅钢结构单层网壳的结构体系、设计过程,并对典型节点进行了分析研究。介绍了网壳结构稳定分析的方法,结合本工程进行了线性稳定分析、几何非线性稳定分析,得出了结构的线性特征值,找出了结构的薄弱部位,并得出了结构的极限承载了稳定系数,对类似工程具有一定的参考意义。