铝合金单层柱面网壳结构稳定性能研究

通过MIDAS有限元软件对铝合金单层柱面网壳结构稳定性进行了弹塑性稳定分析,分析了矢跨比、结构网格密度、边界支承条件和初始缺陷对柱面网壳整体稳定承载力的影响.根据不同影响因素共设计了数百例柱面网壳,并对其进行有限元分析,为铝合金单层柱面网壳结构整体稳定设计提供了一定的理论基础.     

大跨单层铝合金网壳整体稳定性分析

以中国现代五项赛事中心游泳击剑馆为依托,通过弹性及非线性屈曲分析,探讨了大跨单层铝合金网壳在四种工况下的稳定性,得到了一些有价值的结论,为同类结构设计提供了理论依据。     

K6型单层球面木网壳整体稳定性能研究

为了研究K6型单层球面半刚性木网壳结构的整体稳定性能,基于欧洲规范EN 1995-1-1中相关公式,计算销轴类紧固件滑移刚度及承载力,确定实际工程中常用的插板式节点的简化弯矩-转角曲线,并在ANSYS软件中采用COMBIN39非线性弹簧单元模拟节点的抗弯半刚性,通过有限元分析研究不同参数对一阶线性屈曲系数、考虑初始缺陷的弹性及弹塑性极限承载力系数,以及塑性折减系数的影响。单一变量参数分析结果表明,高跨比、跨度、截面尺寸和初始缺陷对稳定承载力影响很大,实际节点紧固件的布置模式减小了节点刚度的变化幅度,限制了节点半刚性的影响。通过变化参数得到的6 480个算例,统计不同高跨比和节点刚度折减系数下的塑性折减系数,其值均小于钢网壳规范建议值(0.47)。     

单层球面网壳整体稳定性分析

采用有限元计算软件ANSYS对跨度40 m的单层肋环型球面网壳进行了线性、完善几何非线性、缺陷几何非线性和缺陷双重非线性结构的整体稳定分析,分别比较了其各自的稳定形态及其荷载—位移曲线,并得出了一些结论。     

单层球面网壳结构的稳定性研究

以基于离散化假定的几何非线性有限元理论,对单层球面网壳进行了稳定性分析。将网壳杆件离散成空间梁单元,采用特征值屈曲分析预测结构的理论屈曲强度,并得到屈曲模态,再以弧长法对结构变形进行全过程跟踪分析,求得极限临界载荷。文中以100 m跨度单层球面网壳为例分析其在不同载荷作用下的稳定性,从分析结果得到对工程实践有参考意义的结论。     

上海科技馆单层网壳结构节点受力分析

采用ANSYS有限元分析程序对上海科技馆单层网壳结构典型节点进行了分析 ,通过对节点上的连接杆件、节点板、螺栓的受力分析 ,得出一些有意义的结论     

单层网壳结构弹塑性稳定性和优化设计研究

以民航博物馆不规则连续单层网壳结构为例,对单层网壳考虑弹塑性稳定性和优化设计进行探讨。比较了各荷载工况作用下的几何非线性极限承载力、弹塑性非线性极限承载力与荷载标准值之比和线弹性外力势能的分布规律,初步探讨了在诸多荷载组合工况中选择单层网壳结构弹塑性稳定极限承载力控制工况的方法。探讨单层网壳考虑弹塑性稳定优化设计的实用简化方法,提出了杆件截面优化的应力比缩减分层法,使复杂的优化设计问题简单化。     

单层球面网壳的优化分析

应用ANSYS软件优化模块,以自重最轻为目标函数,以强度、稳定性等为约束条件,并考虑了结构几何非线性的影响,对凯威特型单层球面网壳进行优化分析。然后对优化所得的网壳作了稳定性全过程分析,从而验证优化设计是可靠的。     

单层球面网壳节点刚性反应的内力分析研究

节点刚度是影响单层球面网壳内力的重要因素之一.本文提出了＂变刚度＂的内力分析方法.基于梁单元有限元法,各杆件单元的刚度通过引入一个介于0～1之间的无量纲因子来考虑,当该系数取不同数值时,模型将分别退化为理想铰接和完全刚性连接的结构,并可方便分析具有任意刚度连接的网壳结构的内力.通过分析节点刚度、结构矢高、荷载对杆件内力的影响,得出了一些有意义的结论.     

单层柱面网壳抗火性能分析

通过在6个工况组合的数值模拟基础上,对单层柱面网壳结构常温下和不同受火区域情况下应力应变、支座效应和稳定性的分析比较,得出单层柱面网壳属于敏感性受力结构,在火灾高温下显得尤为突出.防火设计中应加强受力薄弱区域和强约束部位的保护,同时可在设计过程中进行火灾工况的概率分析以提高结构防火设计效率和结构安全可靠度.     

Numerical analysis of aluminum alloy reticulated shells with gusset joints under fire conditions

In this study, a numerical analysis was conducted on aluminum alloy reticulated shells (AARSs) with gusset joints under fire conditions. First, a thermal-structural coupled analysis model of AARSs considering joint semi-rigidity was proposed and validated against room-temperature and fire tests. The proposed model can also be adopted to analyze the fire response of other reticulated structures with semi-rigid joints. Second, a parametric analysis was conducted based on the numerical model to explore the buckling behavior of K6 AARS with gusset joints under fire conditions. The results indicated that the span, height-to-span ratio, height of the supporting structure, and fire power influence the reduction factor of the buckling capacity of AARSs under fire conditions. In contrast, the reduction factor is independent of the number of element divisions, number of rings, span-to-thickness ratio, and support condition. Subsequently, practical design formulae for predicting the reduction factor of the buckling capacity of K6 AARSs were derived based on numerical analysis results and machine learning techniques to provide a rapid evaluation method. Finally, further numerical analyses were conducted to propose practical design suggestions, including the conditions of ignoring the ultimate bearing capacity analysis of K6 AARS and ignoring the radiative heat flux.     

相贯节点刚度对某单层网壳结构整体稳定性的影响

将回归得到的X形相贯节点轴向刚度、平面外弯曲刚度及平面内弯曲刚度的计算公式引入管结构分析设计软件STCAD,对某体育馆单层网壳屋盖结构进行了静力和整体稳定性分析。结果表明,X形相贯节点的刚度随着结构内力的增加而降低,节点的非刚性性能对单层网壳的变形及整体稳定性有显著影响。     

大庆石油会展中心椭球形单层网壳稳定分析

本文对大庆石油会展中心椭球形单层网壳进行了全面的整体稳定分析。首先进行了线性稳定性分析,预测结构屈曲荷载的上限;然后,运用非线性有限元方法,考虑几何和材料非线性以及初始缺陷的影响,全面分析了网壳在各个工况荷载下的稳定性能,得到较准确的结果。     

K6型铝合金板式节点网壳稳定承载力设计方法

凯威特K6型是铝合金板式节点网壳最为常见的形式,而板式节点是一种典型的半刚性节点,其节点刚度对网壳整体稳定承载力的影响不可忽略。通过ANSYS有限元软件建立了K6型铝合金板式节点单层球面网壳数值模型,采用非线性弹簧单元COMBINE 39引入节点半刚性的影响,并基于该数值模型对网壳的弹塑性整体稳定承载力进行了参数分析。分析结果显示,网壳整体稳定承载力随矢跨比、环数、节点刚度的增大而提高,随跨厚比、半跨活荷载系数、初始几何缺陷幅值的增大和材料非线性的引入而降低。通过对8000多个数值模型的分析结果进行统计回归,得到了K6型铝合金板式节点网壳弹塑性整体稳定承载力计算式,该计算式能较准确地预估无缺陷网壳的稳定承载力。     

Shape optimization of aluminium alloy spherical reticulated shells considering nonlinearities

This study proposes a shape optimization method for K6 aluminum alloy spherical reticulated shells with gusset joints, considering geometric, material, and joint stiffness nonlinearities. The optimization procedure adopts a genetic algorithm in which the elastoplastic non-linear buckling load is selected as the objective function to be maximized. By confinement of the adjustment range of the controlling points, optimization results have enabled a path toward achieving a larger elastoplastic non-linear buckling load without changing the macroscopic shape of the structure. A numerical example is provided to demonstrate the effectiveness of the proposed method. In addition, the variation in structural performance during optimization is illustrated. Through parametric analysis, practical design tables containing the parameters of the optimized shape are obtained for aluminum alloy spherical shells with common geometric parameters. To explore the effect of material nonlinearity, the optimal shapes obtained based on considering and not considering material non-linear objective functions, the elastoplastic and elastic non-linear buckling loads, are compared.     

考虑杆件失稳的单层球面网壳稳定性分析与试验研究

为研究杆件初始缺陷和杆件失稳对网壳结构稳定性的影响,采用ANSYS有限元分析软件,引入杆件的初始缺陷,考虑杆件自身的屈曲破坏,确定其最不利整体缺陷模态和杆件缺陷模态。采用传统梁单元模型和精细化壳单元模型分别对采用圆钢管、矩形钢管、工字钢三种不同截面形式杆件的网壳结构进行稳定性分析,结果表明,考虑杆件缺陷的网壳结构稳定承载力大幅度降低。进行杆件轴力跟踪分析和杆件失稳传导分析发现,单层网壳的整体稳定破坏源于单根杆件的率先屈曲,杆件失稳瞬间迅速向相邻杆件传导,导致结构整体破坏。进行了K6（2）工字钢截面网壳的加载破坏试验,验证了预设缺陷的单根杆件失稳并传递诱发了整体破坏,且承载力受工字钢弱轴缺陷的影响很大。     

预应力局部单双层扁网壳的参数分析与近似优化

预应力局部单、双层扁网壳具有较好的室内视觉效果和良好的经济性。其结构参数的确定属多级别优化问题,实施困难。为满足初步设计的需要,提出采用均匀设计法进行结构的参数分析与近似优化。它可利用现有软件来实现。作为算例,对一个柱支承预应力扁网壳进行了参数分析,得到了网壳用钢量、变形和极限荷载系数与三个主要设计参数(单层部分材料设计应力折减系数、单层部分范围和预应力值)之间的近似函数关系,并找出了满足规范要求的各参数之间的较理想的最优水平组合。设计检验说明了分析结果的可靠性。该方法可为解决类似优化问题提供参考。     

大跨度方钢管空间桁架结构的稳定性分析

某体育馆的一榀方钢管空间桁架同时承受竖向及水平荷载作用,通过线性屈曲、几何非线性稳定及弹塑性非线性稳定分析,得到了临界荷载与位移的关系曲线.分析结果表明,同时考虑几何非线性及材料非线性能较好地反映结构的实际承载能力,该桁架结构具有一定的安全储备.