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。     

超大跨度薄壁网壳制作变形控制技术

国家会议中心会展区屋盖采用超大跨度薄壁网壳结构.网壳屋盖主杆件制作过程中针对钢构件切割和拼焊及节点焊接变形,控制困难等难点,制订了一套可操作性强,便于控制精度的生产工艺,保证了薄壁网壳屋盖主杆件的制作质量.     

天津于家堡综合交通枢纽贝壳形超大跨度单层网壳结构设计关键技术

天津于家堡综合交通枢纽站房屋盖采用单层网壳结构,其建筑外观为贝壳形,目前是国内跨度最大的单层网壳结构。焊接箱形杆件呈空间双螺旋交织布置,为非规则空间曲面造型。结合于家堡单层网壳结构,详细分析了其在跨度、建筑造型、网格形式、节点形式、杆件截面和内力、支座约束、施工方法等方面在工程上实现的诸多突破和创新,形成了独有的工程特点,诸如网格形状大小无一相同、一个节点一种构造、杆件同时承受轴力、双向弯矩、双向剪力以及扭矩的复杂内力、支座水平推力较大等。同时分析了这些突破和创新给网壳结构设计、施工等方面带来的一系列关键技术问题,并且针对这些关键技术问题提出了十字隔板焊接节点、双支座模型等解决措施,为大跨度、非规则单层网壳结构设计提供参考。     

天津于家堡交通枢纽大跨度单层网壳设计与分析

天津市于家堡交通枢纽站房屋盖为大跨、无柱单层网壳钢结构,外形为由正、反螺旋线编织而成的贝壳形双曲面,平面尺寸约为143m×81m。网壳网格为不规则空间四边形,所有箱形截面杆件均以不同角度交汇于节点。通过对该穹顶结构在各种作用效应下的强度、变形、整体稳定及支座的设计、节点有限元分析、防倒塌分析,保证了结构的安全。     

杆件初弯曲对网壳结构弹塑性稳定性能影响研究

为研究杆件初弯曲对网壳结构弹塑性稳定性能的影响,采用多段梁法模拟杆件的初弯曲,通过ANSYS软件给出2种建模方法引入网壳结构的杆件初弯曲。根据杆件初弯曲的随机性介绍随机缺陷模态法,以Kiewitt-8型网壳为例解释随机缺陷模态法的模拟过程并考察杆件初弯曲方向角和幅值随机变量对网壳稳定性的影响,由此得到修正的一致缺陷模态法。基于上述方法,分析考虑杆件初弯曲的Kiewitt-6、Kiewitt-8和短程线型单层网壳的稳定性,定量给出杆件初弯曲对不考虑节点偏差结构和考虑节点偏差结构承载力的影响。结果表明：对于不考虑节点偏差结构和考虑节点偏差结构,杆件初弯曲将明显降低结构承载力,并且能够改变结构的塑性发展程度,杆件初弯曲对单层网壳弹塑性稳定性能的影响不可忽略;修正的一致缺陷模态法能够有效评估考虑杆件初弯曲的网壳结构承载力的较小值。     

某大学体育馆钢结构设计

某大学体育馆钢结构屋盖采用空间管桁架-双层网壳复合结构体系。基于该馆的建筑造型、结构受力性能、经济性指标等因素进行结构选型分析;结合下部混凝土结构,介绍空间管桁架-双层网壳复合结构的设计分析过程、结构受力特点、杆件及节点设计等。整个设计过程和设计方法及节点构造可供同类工程参考。     

基于Grasshopper平台的铝合金板式节点网壳深化设计系统及其关键算法

为提升铝合金板式节点网壳深化放样的效率,建立了用于描述铝合金板式节点网壳结构中网格划分、杆端构造、杆件形状、节点板形状的数据结构,提出了网壳关键几何参数、节点板形状参数和杆件形状参数的关键算法。该算法适用强,可用于常规曲率变化平缓的自由曲面网壳。采用该算法开发了基于Rhino与Grasshopper平台的铝合金板式节点网壳深化设计系统,该系统可根据铝合金网壳结构的杆件轴线、杆件截面信息、杆端构造等输入数据,计算得到杆件及节点板的尺寸参数,具有极高的运行效率,可快速生成结构所有零部件的加工图和三维实体模型。通过设计算例展示了该系统的工作流程和模型效果,并使用该系统进行典型工程算例设计。与传统的网壳深化设计方法相比,该系统可显著提升板式节点网壳深化设计的效率。     

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.     

H型钢肋环形、扁五角锥单层折板网壳结构设计

以山东滨州会展中心钢屋盖结构为工程背景,详细地分析了H型钢组成的肋环形和扁五角锥单层折板网壳结构的受力特性,同时根据变形及内力的分布,介绍了杆件、连接节点和支座节点的设计。指出在大跨度屋盖结构中,H型钢截面杆件的连接可以采用传统的钢结构连接方式,同时肋环形折板结构体系的推力自抗性能使下部结构的负担较小。     

基于杆件构形刚度参数均匀化的单层网壳稳定性能优化

为实现网壳各节点抵抗荷载能力的均匀分布,提升结构稳定承载力,基于网壳结构受力特点,引入了单层网壳结构的杆件构形刚度参数。以结构杆件构形刚度均匀化为目标,将网壳杆件截面尺寸作为优化变量,采用惯性权重改进后的粒子群算法对网壳的杆件截面进行优化配置。优化结果表明,构形刚度方差能较为准确地反映结构的杆件构形刚度均匀程度。通过粒子群算法优化后求得的杆件配置可以使网壳结构接近于等稳定性,最大程度地提升结构的稳定极限承载力。     

阶梯式椭圆抛物面网壳结构的整体稳定分析

某体育馆屋盖结构采用阶梯式椭圆抛物面网壳,网壳形式为双层凯威特式。通过静力计算发现,网壳的受力状态有其自身的特点:上层网壳的下弦与下层网壳的上弦位于连续的同一壳面,力的传递是从作为下弦杆件受拉到作为上弦杆件受压的渐变过程。通过线性和非线性屈曲分析,对网壳结构的整体稳定性能进行研究。网壳结构在到达临界点前,已经有部分杆件进入塑性,但网壳结构仍然有继续承载的能力。网壳结构的弹塑性失稳过程从网壳长跨方向在结构前部的两处变阶位置的搭接节间弦杆开始。这些杆件的屈服导致其丧失承载进一步荷载增量的能力,造成相应节点发生内陷,进而导致整个结构发生失稳。     

大跨度铝合金网壳节点半刚性对承载性能的影响

考虑几何非线性并采用理想弹塑性本构模型,针对凯威特型网格布置的单层球面铝合金网壳,分析了强轴方向节点刚度不同时网壳结构的非线性稳定性能。铝合金牌号为工程常用的6061-T6,截面形式为工程常用的H形挤压型材。假设弱轴方向节点理想刚接,定义强轴方向节点刚度与杆件线刚度的比值为节点相对刚度并连续变化节点相对刚度,当网壳杆件最大长细比、跨度、矢跨比等参数分别取不同值时,考察铝合金网壳非线性稳定承载力相对于强轴方向节点理想刚接时的下降程度,并总结相关规律。     

空间网格结构连续性倒塌试验研究

为研究空间网格结构遭遇局部初始破坏后的结构响应、倒塌过程与倒塌机制,以单层球面网壳结构为研究对象,进行了1个直径为4.2m,矢跨比为1/7的凯威特型网壳结构整体模型的连续性倒塌试验。施加节点集中荷载,采用自主研发的杆件破断触发装置使网壳模型的1根经向杆件发生突然破断,并以采样频率100Hz采集网壳模型各位置杆件的高频动应变响应,基于高速摄像测量技术（帧频200fps）获取模型节点的高速动位移响应。初始破坏发生后,网壳模型呈现出自破坏局部向周围逐步扩展的连续性破坏,最终整个模型完全翻转并在一系列最外层杆件断裂后部分坠落。试验结果表明：尽管单层球面网壳结构杆件众多,但单根杆件的失效仍可能触发连锁反应,导致整体结构的连续性倒塌;单根杆件破坏后,局部内力重分布导致的杆端节点出现点失稳,并引发周围节点顺次向下运动,这也是单层球面网壳结构遭遇局部初始破坏后倒塌的主要模式。     

多次预应力钢网壳屋盖设计中应注意的几个问题

多次预应力钢网壳是一种新型高效空间结构体系.本文通过攀枝花体育馆网壳屋盖的设计实践,探索了在先进的大跨网壳结构中两次引入预应力,对其荷载作用下的内力与变形进行控制,以降低基本结构的峰值应力;在预应力作用下,预加力节点汇交杆的应力集中;预应力节点的构造设计;支座约束模式对网壳杆件内力的影响以及预加力的合理取值等问题.可供设计这种先进结构时参考.     

随机节点位置安装偏差与杆件偏心对单层球面网壳承载力的影响研究

单层球面网壳属于缺陷敏感性结构,其稳定承载能力受各种缺陷影响。为量化节点位置安装偏差缺陷、杆件对节点的偏心缺陷及其二者耦合作用对网壳稳定承载力的影响程度,对1 000个随机产生的K6型单层球面网壳展开深入研究。首先提出了能够考虑随机节点安装偏差、随机杆件偏心的力学模型,然后阐述了两种随机缺陷在数值计算中的实现方法,最后获得了不同大小的节点安装偏差、杆件偏心距对单层网壳稳定承载力的影响程度与规律。计算结果表明:节点安装偏差对网壳极限荷载的影响更为显著,杆件偏心对极限荷载的影响相对较小;当节点安装偏差较小时,杆件偏心对网壳极限荷载的影响更为显著;节点安装偏差相同时,杆件偏心越大,网壳极限荷载越小。当最大节点安装偏差R₁=2 cm、最大杆件偏心R₂=10 mm时,缺陷网壳的极限荷载较理想网壳平均下降了10. 94%;当R₁=4 cm、R₂=10 mm时,极限荷载平均下降了16. 43%。     

随机初始缺陷对单层球面网壳承载力的影响研究

单层球面网壳属缺陷敏感型结构。为研究杆件初弯曲、节点偏差及二者耦合作用对单层球面网壳整体稳定承载力的影响,首先推导了实现杆件初弯曲的相关算式,并阐述了其有限元实现方法;然后采用3种建模方法,分别研究了随机杆件初弯曲、随机节点偏差及二者耦合作用对网壳稳定承载力的影响程度。计算结果表明:随机杆件初弯曲对网壳的稳定承载力有显著影响,与理想网壳相比,当δ=l/1 000(l为杆件长度)时,极限荷载平均下降了约16.3%,且服从正态分布;随机节点偏差越大,网壳的极限荷载越小,离散性越大;杆件初弯曲与节点偏差耦合作用对网壳稳定承载力影响显著,对于所考虑的最大初弯曲幅值与节点偏差,极限荷载下降了17.8%~27.2%;权衡精度与计算量,研究具有杆件初弯曲网壳的稳定承载力时,宜采用8~10根等代直梁等代每根初弯曲杆件。     

铝合金网壳结构研究现状

铝合金空间网壳结构具有极大的发展前景。从典型工程实例、杆件稳定性、网壳结构三个方向展开,总结了国内外铝合金空间网壳结构的研究现状,阐明了当前针对铝合金网壳结构的主要研究内容集中在蒙皮效应、节点半刚性、杆件初始缺陷对整体稳定性的影响以及抗火性能的分析。     

临沂启阳机场航站楼屋盖单双层混合曲面网格结构设计

为实现大跨度无柱空间及中部上隆的建筑形态,对临沂启阳机场航站楼屋盖结构采用单、双层混合曲面三向网格体系。该屋盖结构总平面尺寸为243 m×180 m,其中单层网壳尺寸为72 m×48 m,曲面形状通过数值逆吊找形获得。整体屋盖由56根斜柱支撑,最大跨度约为83 m,最大悬挑约为20 m,柱顶支座采用固定铰支座和单向弹性铰支座两种型式。针对屋盖结构的特点,采用数值模拟进行了静力性能分析、整体稳定性全过程分析、抗震分析及关键节点分析。分析结果表明：由数值逆吊确定的单层网壳主要通过面内路径传递荷载,同时双层部分可提供较理想的边界支撑条件,使单层网壳面内力能够可靠传递,整体结构受力合理;空侧设置20个单向弹性铰支座能够调节刚度不均匀引起的扭转效应,同时能够较好的释放温度变形,降低结构温度应力;为确保安全,在进行整体稳定性全过程分析时,考虑了多种初始缺陷模态及温升的不利影响,屋盖结构整体稳定性安全系数为2.88;罕遇地震作用下,单层网壳具备较高的安全储备,杆件损伤主要发生在网格高度较大的双层区域及悬挑区域,且塑性发展程度较低;单层网壳和单、双层网壳过渡区的关键节点具备适宜的安全储备,满足强节点的...     

单层球面网壳的优化设计

提出了单层球面网壳结构的一种优化设计方法 ,它是一种以网壳的总造价为目标函数 ,取网壳的网格数、矢高、杆件截面面积和节点体积作为优化设计变量 ,采取直接搜索法与准则法相结合的优化设计方法 .基于用 Fortran90软件编制的优化设计程序 ,对单层球面网壳结构进行了大量的计算 ,用回归分析得出网壳最优网格数、矢高、杆件截面面积和节点体积 ,同时使杆件面积规格化 ,以便直接用于实际工程     

单层球面网壳的优化设计

提出了针对单层球面网壳结构的一种优化设计方法,它是一种以网壳的总造价为目标函数,取网壳的网格数、矢高、杆件截面面积和节点体积作为优化设计变量,采取直接搜索法与准则法相结合的优化设计方法.基于用Fortran90软件编制的优化设计程序,对单层球面网壳结构进行了大量的计算,用回归分析得出网壳最优网格数、矢高、杆件截面面积和节点体积,同时使杆件面积规格化,以便直接用于实际工程.