大矢跨比单层球面网壳动力试验模型弹塑性稳定分析

为了解水平地震作用下具有不同失效机制的单层球面网壳结构在静力荷载作用下的弹塑性稳定性能,利用有限元软件ANSYS,对两个矢跨比为1/2的单层球面网壳结构试验模型进行双重非线性全过程分析,获得结构的弹塑性极限承载力,比较二者的失稳模态,初步了解二者之间的差异。考察结构杆件屈曲、初始缺陷等因素对结构稳定性能的影响,并分析各因素对结构极限承载力的影响规律。结果表明,地震作用下,具有强度破坏特征的网壳结构在静力下的失稳模式表现为结构的整体失稳,而发生动力失稳破坏的结构则表现为局部失稳破坏。杆件失稳和初始缺陷使结构的临界荷载大幅度降低,且地震作用下属于强度破坏的单层球面网壳结构在静力下对初始缺陷的敏感性大于动力失稳破坏结构。     

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。     

单层球面网壳的弹塑性稳定性

为了解和掌握单层球面网壳在静力荷载作用下的弹塑性稳定性能,采用有限元软件ANSYS及自编的前后处理程序对典型单层球面网壳结构稳定性能进行对比分析,初步了解了球面网壳弹性与弹塑性稳定性能的主要差异。在此基础上进行了1000余例K8型单层球面网壳弹性、弹塑性全过程分析,同时考虑竖向均布荷载的不对称分布、初始几何缺陷等因素对球面网壳稳定性能的影响,掌握了以上因素变化对球面网壳弹塑性稳定性能的影响规律,并将其定量化。最后,通过对弹性、弹塑性稳定极限承载力的统计分析,提出适用于K8、K6型球面网壳的塑性折减系数,用以表示材料非线性对极限承载力的影响。这些成果的获得为进一步开展网壳结构的弹塑性稳定性能研究以及工程实践提供了理论依据和技术参考。     

单层柱面网壳风致动力失效特征及简化分析

为简化网壳结构在风荷载下的弹塑性动力失效分析过程,提出了基于动力失效的等效静力风荷载的简化计算方法,使网壳结构的抗风设计同时满足强度和稳定性的要求.通过对单层柱面网壳结构进行风荷载下的静力、动力失效全过程分析,给出了综合Budiansky-Roth准则和Hsu S C准则的动力失效判别方法,以准确、有效地确定网壳结构的动力失效临界荷载系数.结合概念分析和定量计算,指出了风荷载下网壳结构的动力失效模式包括弹性动力失稳破坏、弹塑性动力失稳破坏和塑性动力强度破坏.对比网壳结构的静力、动力失效临界荷载系数,确定了基于动力失效的等效静力风荷载系数,可为网壳结构抗风设计提供参考.     

单层网壳结构稳定性分析

介绍了网壳结构非线性全过程分析的理论和方法,利用大型通用有限元分析程序对单层球面网壳结构进行建模及求解,通过分析单层球面网壳的载荷-位移曲线,对单层球面网壳的失稳形态和稳定性能进行了研究,对影响单层球面网壳稳定性的多种因素进行了分析和总结,指出影响单层球面网壳稳定性的几个主要因素,较精确地确定单层球面网壳结构稳定性极限承载力,提出的简便计算公式。     

冲击作用下单层柱面网壳的失效模式

为探讨单层柱面网壳在冲击荷载作用下的破坏过程、动力响应及失效模式,应用ANSYS/LS-DYNA建立20m跨度三向网格型单层柱面网壳模型,并对其进行冲击荷载作用下的全过程仿真模拟.通过对特定算例的分析,展示冲击荷载下网壳的破坏过程及结构的动力响应.根据结构破坏过程及最终形态提出单层柱面网壳在冲击荷载作用下的失效模式,并与单层球面网壳的分析进行对比.     

单层球面网壳结构抗连续倒塌设计

单层球面网壳冗余度较低,个别杆件失效容易引起结构连续倒塌。为提高单层球面网壳的抗连续倒塌能力,可以采用将单层网壳主肋设计为局部双层的方法。应用ABAQUS软件通过自编程序,考虑杆件失稳及失稳后行为,对比分析了采用局部双层前、后静力荷载作用下单层球面网壳极限承载力、节点位移和失效模态,以及采用局部双层前、后地震荷载作用下单层球面网壳极限承载力。分析了地震作用下局部双层厚度不同时单层球面网壳结构的极限承载力。分析结果表明,将单层球面网壳主肋设计为局部双层可提高网壳结构极限承载力,改变网壳失效模式。     

某大跨单层球面网壳结构的非线性屈曲研究

为研究杆件稳定、初始几何缺陷、几何非线性、材料非线性对某单层球面网壳结构整体稳定性的影响,首先对结构进行线性屈曲分析得到屈曲模态和临界荷载,其次采用弧长法对结构进行非线性屈曲全过程分析,同时确定最不利初始几何缺陷分布模态,最后采用Newton-Raphson法对按此最不利缺陷分布的结构进行弹塑性屈曲全过程分析.计算表明:初始几何缺陷按最低阶屈曲模态分布的一致缺陷模态法可能不适用于大跨单层球面网壳结构的稳定性分析;荷载不对称分布对结构的稳定性更为不利;初始几何缺陷和材料非线性对结构稳定性的影响较大.     

单层柱面网壳在强震下的破坏机理研究

柱面网壳的结构形式、受力特性与其他网壳结构不同,造成其在强震下破坏机理的特殊性。采用基于结构响应的全过程分析方法,利用软件Abaqus,综合宏观、微观响应指标,对单层柱面网壳进行大规模的参数分析,探求其在强震下的破坏机理。通过典型算例的分析比较,确定了单层柱面网壳的破坏模式及其特征,总结了临界荷载的确定方法。在大量计算数据统计的基础上,提出了单层柱面网壳实用的动力破坏判别准则。单层柱面网壳在强震下可能出现的动力失稳破坏突然,破坏时塑性发展浅,结构刚度几乎没有削弱,结构位移小。单层柱面网壳在强震下强度破坏也可能出现,情况与前不同,其中强度破坏包括强度破坏Ⅰ和强度破坏Ⅱ,强度破坏Ⅱ有明显失稳现象而强度破坏Ⅰ没有。动力实用判别准则以最大节点位移和8p比例为参考指标,用来确定强度破坏Ⅰ和强度破坏Ⅱ极限荷载。对考虑损伤的柱壳破坏机理进行了初步探讨,损伤对不同的结构影响不同,给出了工程设计中损伤降低系数的建议值。     

屋面系统对单层球面网壳稳定性及地震响应的影响研究

单层球面网壳的静力稳定性及抗震性能已经取得较为系统的研究成果,但在传统的研究方法中,学者们只考虑结构部分,忽略了屋面板、吊顶、隔墙等非结构构件的影响;其中,屋面系统作为一类非结构构件,其平面刚度较大、在动力荷载下的阻尼也较大的特点会在一定程度上影响结构的受力特性。因此,选取考虑屋面系统的单层球面网壳作为研究对象,开展屋面系统对于单层球面网壳弹塑性稳定性及抗震性能的影响研究。采用有限元分析软件ABAQUS分别建立带屋面系统单层球面网壳和传统单层球壳的数值模型;通过弧长法分别对两种模型进行均布荷载作用下的非线性数值模拟,对比分析屋面系统对单层球面网壳弹塑性稳定承载力的影响;对考虑屋面系统的网壳结构进行不同地震荷载作用下的时程动力分析,采用基于响应的分析方法,考察屋面系统对于网壳结构抗震性能的影响,得到屋面系统会显著提高网壳整体刚度、增强结构抗震能力的结论;本研究可为以后网壳结构的理论研究及工程实践提供一定的参考。     

网壳结构的稳定性

通过荷载－位移全过程分析对各种形式网壳结构的稳定性能进行了深入研究。对复杂结构的全过程分析方法作了探讨,通过所完成的２８００余例各式网壳的全过程分析揭示了不同类型网壳结构稳定性能的基本特性,并提出了单层球面网壳、柱面网壳和椭圆抛物面网壳稳定性承载力的实用计算公式。     

单层叉筒网壳结构的几何非线性静力稳定分析

通过跟踪网壳结构的非线性荷载一位移全过程响应，完整地了解了该结构在整个加载过程中的强度、稳定性以及刚度的变化历程，合理确定其稳定承载力，通过分析对单层网壳的静力稳定特性有了较全面的了解。     

节能复合墙板的极限承载力

对4块节能复合墙板进行了横向荷载作用下的试验研究,并对墙板破坏过程及模态、抗弯极限承载力、荷载-挠度曲线以及混凝土荷载-应变曲线等试验结果进行了系统分析,结果表明:墙板尺寸、配筋率、洞口尺寸均对墙板的抗弯刚度、极限承载力及破坏模态具有影响;配筋率与复合墙板的破坏形态密切相关,但对墙板开裂荷载基本没有影响;随着板的整体尺寸与洞口尺寸增加,复合墙板的开裂荷载和抗弯极限承载力均有所降低.所得结果可供钢结构住宅研究与设计人员参考.     

考虑初始几何缺陷的网壳结构整体稳定性可靠度分析

网壳结构的设计由重力荷载和初始几何缺陷共同作用下的整体稳定性控制,而结构的初始几何缺陷形状和最大值是未知的。采用联立自回归模型分别对球面网壳和柱面网壳结构的初始几何缺陷进行建模,研究空间相关初始几何缺陷对结构整体稳定极限承载力概率分布和可靠度的影响。评估杨氏模量对不同荷载工况作用下极限承载力概率分布和可靠度的影响。在永久荷载与雪荷载作用下,杨氏模量的影响可以忽略不计;如果各节点初始几何缺陷标准差的最大值等于1/2或1/3规范推荐的初始几何缺陷最大值,按规范中安全系数满足2的规定进行设计,结构的失效概率约小于6.5×10^-5;若安全系数取1.5,结构失效概率约小于5.1×10^-4。考虑永久荷载与活荷载的组合时,如果各节点初始几何缺陷标准差的最大值等于1/2或1/3规范推荐的初始几何缺陷最大值,安全系数取2时,网壳结构的失效概率均可忽略不计;若安全系数取1.5,球面网壳及柱面网壳的失效概率分别小于10^-7和10^-6。即若达到规范采用的可靠度,规范中的安全系数也许可降低至1.5且可针对不同地区确定不同安全...     

单层柱面网壳抗连续倒塌性能

研究了不同荷载布置形式、支承方式条件下,单层柱面网壳的抗连续倒塌性能和倒塌破坏模式,采用基于构件承载能力的敏感性评价指标,分析了初始缺陷、压杆失稳等因素对杆件、节点敏感性指标的影响。结果表明,当采用四边支承时,满跨均布荷载起控制作用,跨中节点为敏感构件,与之相邻斜杆为关键构件;当采用纵向两边支承时,半跨均布荷载起控制作用,杆件和节点的敏感性指标在1/3跨处最大,支座处最小。当考虑初始缺陷时,杆件、节点重要性系数分别增大了41%和53%;当考虑压杆失稳时,杆件和节点重要性系数分别增大了45%和62%。通过对关键构件进行加强,可以优化该类结构的抗连续倒塌性能。     

火灾下凯威特单层球面网壳非线性分析

以凯威特K6型单层球面网壳为分析对象,采用火灾动力模拟软件FDS模拟大空间火灾温度场,利用有限元软件ANSYS进行火灾下结构的非线性分析,研究网壳结构在火灾高温下的极限荷载、结构的缺陷敏感性及失稳模态的影响因素和变化规律。结果表明,火灾中的网壳结构在升温初期以热膨胀为主,极限荷载增大,而后随着温度的升高,材料软化,极限荷载迅速降低;矢跨比、火源位置、支承条件及初始缺陷对火灾下网壳结构极限荷载的影响有较好的规律性;升温对网壳结构缺陷敏感性的影响与温度场分布有关;失稳模态在火灾迅速升温阶段会发生根本性的变化。     

蜂巢芯空心楼盖足尺试验研究及有限元分析

为准确掌握新型蜂巢芯空心楼盖的结构性能,进行了足尺九柱四区格蜂巢芯空心楼盖的破坏性静力加载试验研究。分区格进行了5种工况的加载试验,得到了楼盖结构的荷载-挠度曲线,测定了楼盖的整体极限承载能力。试验结果表明,蜂巢芯空心楼盖裂缝出现和分布情况与一般的实心板无梁楼盖基本相同,变形能力也与实心板楼盖类似。利用ANSYS软件对蜂巢芯空心楼盖在均布荷载下的受力进行了非线性有限元分析,并进行了计算开裂荷载、破坏荷载及荷载-挠度曲线和实测值的对比,结果表明两者吻合良好。     

CFRP加筋混凝土梁的力学性能试验与分析

采用两种CFRP筋(表面形式分别为螺旋缠绕纤维束和粘砂两种),分别制作两组各3根2.1m长的简支CFRP加筋混凝土梁并进行三分点静力加载直到破坏的试验和分析。试验研究CFRP加筋混凝土梁在各级荷载作用下的开裂形式、破坏形式、极限承载力及荷载-变形特性。提出CFRP加筋混凝土梁的变形、极限承载力的计算公式,计算值与试验值吻合较好。     

单层球面网壳的最不利简单动荷载分析

同时考虑了几何非线性与材料非线性,分别对简谐荷载、阶跃荷载作用下的单层球面网壳进行了最不利动荷载分析:通过变换简谐荷载的频率和阶跃荷载的持时,明确了结构动力响应与其自振特性及荷载频谱特性之间的关系,确定了何种条件下的荷载为结构最不利动荷载。结果表明:无论是水平还是竖向简谐荷载,当激励荷载频率与激励作用方向最大振型参与系数所对应的固有频率接近时,为结构的最不利动荷载;无论是水平还是竖向阶跃荷载,当荷载持时为荷载作用方向最大振型参与系数所对应的固有周期的1/2时,为结构的最不利动荷载。     

FRP加筋混凝土梁受弯试验研究与有限元分析

对GFRP(Glass Fiber Reinforced Polymer)和CgRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer)加筋混凝土梁进行了三分点静载试验,分析了FRP加筋混凝土梁的荷载-变形关系和破坏形式并将试验结果进行了对比;建立了FRP加筋混凝土梁的有限元模型,得到了 FRP加筋混凝土梁的变形-荷载关系、极限承载力、应力应变分布、裂缝分布等.通过试验结果与有限元模型的对比与分析,建立适用于FRP加筋混凝土构件的设计方法.