经脉幕墙钢骨架结构复杂力学性能有限元分析

中国泰州医药城会展中心工程首次采用具有造型美观、倾斜角度大、技术含量高的经脉幕墙结构,解决了钢骨架体系内力分布不均衡及局部变形量大的关键技术设计难题。在全面分析6种不同荷载组合的前提下,结合会展中心休息区经脉幕墙结构建筑设计要求,建立包含6 435个结点的不规则几何空间模型。通过修正的双重非线性有限元计算模型获得到最不利荷载组合条件下的不同杆件的轴力大小分布图和位移变化图,包括最大轴力、最小轴力及组合位移。计算结果满足结构设计的整体规范要求,而最大内力和位移分布情况为局部构造的特殊处理及施工过程控制提供了依据。     

索结构找形分析的精确单元方法

索找形问题是索结构分析中所要解决的首要问题,在给定边界条件下,所施加的预张力和外部荷载通过调节索的 形状来平衡。本文研究索结构初始形状确定的精确有限单元法,对于常见的荷载形式,构造了线性和非线性两大类共5种 单元,适用于一般的索结构找形计算,并且可以给出精确的解答。本文通过将水平方向和竖直方向的平衡方程解藕,得出 了索单元的精确描述格式,并保证了索结构形状的唯一性。文中以索结构内部结点坐标作为基本未知量,以结点平衡方程 为基本方程,通过直接求解单元的平衡微分方程得到单元刚度矩阵的解析表达式。对于由线性单元组成的索结构,其基本 方程为线性,可直接求解;对于含有非线性单元的索结构,其基本方程为非线性,需通过迭代求解,文中构造了相应的 Newton法迭代格式。本文方法所需单元数目少,计算量小,所得到的解答为数值精确解。数值算例表明本法稳定可靠。     

对称受拉杆系的荷载—位移关系分析

对称受拉杆系的轴力及结点位移计算方法都存在一定的局限性,而通过建立荷载—结点位移函数关系式,可解决瞬变体系结点位移计算问题,同时提出了超静定结构的各杆轴力比值公式,为结构优化设计提供了理论依据。     

多点连接主次结构非线性地震响应分析

针对多点连接多自由度主次结构,采用"对号入座"方法建立了系统的刚度、阻尼矩阵;利用系统在同一时刻不同坐标系下势能相同的原理,建立了由杆件恢复力向量到结点恢复力向量的转换矩阵;将现有文献中针对普通剪切型结构弹塑性力的处理方法推广到具有任意杆件结点关系的质量离散型结构。用Visual Basic语言编制了非线性时程分析程序,初步分析了一个典型多点连接主次结构的地震响应特点和规律。     

部分预应力混凝土结构的非线性分析

部分预应力混凝土结构在使用阶段允许截而开裂,但最大裂缝宽度不能超过规定值,由于裂缝的存在,结构处于非线性工作状态.将张拉后预应力筋对结构的作用采用等效荷载法转化为等效外荷载,等效外荷载包括作用在节点处的等效节点荷载及作用在单元上的等效节间荷载,而后利用柔度法处理节间荷载的优势,即柔度法采用内力形函数联系单元的节点和单元内部,节间荷载引起的各截面荷载和变形的变化可以比刚度法更为方便的引人计算这一特点,编制了基于柔度法的非线性分析程序对一榀无黏结预应力框架进行计算.从计算得到的曲线来看,用等效荷载法模拟框架结构梁中预应力的作用,并采用柔度法进行预应力框架的非线性分析,计算结果与试验结果吻合较好.     

单层双曲椭圆抛物面网壳弹塑性稳定性能

基于通用有限元软件ANSYS及自编的前后处理程序,有计划地针对400余例单层双曲椭圆抛物面网壳结构进行双重非线性全过程分析,系统地考察了屈曲模态、塑性发展分布等特征响应,总结初始缺陷和荷载不对称分布以及考虑材料非线性等因素对网壳弹塑性稳定承载力的影响规律,对现有网壳规程中安全系数取值进行重新核定。结果表明:双曲扁网壳屈曲模态通常表现为局部结点的跳跃失稳,并主要发生在网壳角部支座或边缘跨中位置;有缺陷双曲扁网壳的极限承载力可按完整结构的74%取值,并且此类结构对于荷载不对称分布不敏感;同时建议双曲扁网壳稳定性验算中安全系数的取值应根据不同结构形式和几何参数确定,取值范围为4.67~5.16。     

采用优化理论改进幕墙铝单板设计方法

根据类格栅材料模型的优化结果,确定铝单板加强肋的布置形式,采用四结点矩形板单元及两结点空间梁单元,利用Matlab语言编程对均布荷载下板肋结构进行分析。采用强度和挠度的折减系数考虑板的几何非线性。以正方形铝单板为例,将传统布肋方式与优化后的布肋方式进行对比分析,结果表明优化后的布肋方式,可大幅降低铝单板的应力和挠度,而加强肋的应力有所增加,有利于增加铝单板的分格尺寸。     

随机荷载下网壳结构非线性动力失稳的小波分析

针对随机复杂荷载下网壳结构非线性动力稳定方程难于求解的问题,采用小波分析理论,选择紧支撑双正交小波基底,使用Matlab小波工具箱将随机荷载信号转化为若干简单脉冲荷载,从而将复杂荷载下结构的非线性动力稳定问题转化为简单荷载下的非线性动力稳定问题,进而可应用动力时程分析获得结构的荷载位移曲线并进行动力失稳分析。算例分析的结果验证了这种方法的有效性。     

浅谈某单层球面网壳设计分析要点

通过一个具体工程实例,总结了单层球面网壳型式的选择、结构薄弱区域的处理以及杆件应力比的控制、结构的非线性稳定极限承载力与设计荷载的比值等设计分析要点。     

圬工拱形建筑结构的有限元分析

采用较为简单的梯形梁单元分析圬工拱形建筑结构受荷载作用的力学性能.通过选代法能预测每一荷载水平下结点位移的变化.分析结果收敛性较好,与实验结果比较精度满足要求.     

超静定结构预应力等效结点荷载的计算

本文基于结构分析的位移法，提出通过直接计算等效结点荷载的方法来计算预应力对超静定结构所产生的次内力。根据虚功原理引入杆件的形函数，推导了计算具有任意预应力筋曲线形状及沿预应力筋纵向具有任意分布的预应力所产生的杆端等效结点荷载的积分表达式。文东的算例表明该方法力学概念清晰，计算过程简单，可为预应力砼起静定结构的设计提供简单有效的工具。     

Calibration of the load enhancement factors

This paper presents a calibration procedure capable of deriving the load enhancement factors from fully probabilistic calculations, to apply to the design of a wide range of types of structure. For this purpose the selection of a target reliability level and the load combination treatment are discussed first. Then the policy for estimating the load partial safety factors is illustrated. Under suitable assumptions, required to perform numerical computations, the calibration problem is formulated as a linear programming problem. Finally the numerical values of the enhancement factors are determined with reference to the more meaningful combinations of structural self weight, imposed dead load, wind action and snow load.     

基于静力虚拟变形法的结构损伤识别研究

为了提高大型结构损伤识别的计算效率,引入静力虚拟变形法（VDM）,并结合序列二次规划（SQP）算法实现损伤定位和损伤定量。首先,基于VDM的基本原理,推导了损伤因子与虚拟变形的关系;其次,建立损伤应变与实际损伤应变的目标函数,并利用SQP算法优化目标函数,实现了结构损伤识别的快速计算;最后,以某实际大桥有限元模型为例,对其吊杆的损伤识别进行了数值模拟研究。设计了基于恒荷载的实时监测和基于车辆静荷载的定期检测2种工况对该方法进行验证。结果表明:该方法能够快速准确地识别出损伤发生的位置和程度。     

局部单双层网壳的初步优化

局部单、双层网壳结构的设计涉及截面、形状和拓扑优化。为满足初步设计对计算效率的要求,采用均匀设计法来实现结构的多级别优化。实验设计使用现有的网壳结构设计软件,对计算结果进行回归分析,得到指标（用钢量、变形、基频和最小非线性屈曲荷载）与变量（网壳矢高、单层部分范围和单层部分杆件设计应力比）之间的近似函数关系。求解简单的规划问题,得到变量之间的最优水平组合。一个点支承六边形局部单、双层网壳的比较设计说明了方法的效率和可靠性。     

弦支穹顶结构风振响应参数分析

近年来,弦支穹顶结构作为一种新型杂交空间结构体系,日益受到关注和重视.由于其本身的结构特点,风荷载常常起主要甚至决定性作用.通过时程分析的方法,得到弦支穹顶结构的节点位移风振系数,并对不同工况下的弦支穹顶结构进行了风振响应参数分析,得出一些有意义的结论,为弦支穹顶结构实用抗风设计提供参考.     

双圆盾构隧道衬砌结构设计及参数研究

评价了盾构隧道衬砌结构设计模型及其发展现状,指出不同计算模型的特点和适用范围,通过上海地铁M8线实际工程对不同计算模型进行了分析和对比,重点讨论了双圆DOT(Double-O-Tube)盾构隧道结构计算中各种设计参数对计算结果的敏感性。研究结果表明,双圆盾构隧道结构计算中,目前常用的几种计算模型(修正惯用法、梁-弹簧模型等)都能满足工程设计的具体要求,关键在于计算参数选择的合理性和匹配性。不同的设计参数对结构计算结果的影响程度各不相同,对于中浅埋双圆盾构隧道,拱背土压力的影响不能忽略,否则计算结果将偏不安全。     

Simple approach for force finding analysis of circular Geiger domes with consideration of self-weight

A simple approach for force finding analysis of Geiger domes with a circle plan is proposed in this paper. The general equations are first deduced for computing the actual initial prestressing force of domes with consideration of self-weight. Following that, the process for prestress design of Geiger domes is presented. Taking two Geiger domes as illustrative examples, the prestress of the dome is designed and the difference between the ideal initial prestress and the actual initial prestress is investigated. The nodal displacements of domes under self-weight and external load are studied. The results show that the proposed simple approach is accurate and effective to obtain the actual initial prestress of Geiger domes.     

框架结构弹塑性分析的一种有效数值方法

框架结构的不完全弹塑性分析是一个非线性过程,按照假定的加载模式,利用荷载因子进行逐步加载。基于力学和数值方法,研究框架结构的极限承载力和变形能力。假定材料为理想弹塑性,并利用零长度塑性铰模拟塑性行为。该方法基于增量方程,类似于求解两个连续塑性铰之间的凸二次参数规划问题。利用虚荷载因子将凸二次参数规划转化为凸二次规划,并使用标准算法求解凸二次规划问题,可满足出现塑性铰的要求并自动判别塑性。该方法起初仅适用于纯弯作用,后延伸至弯矩-轴力共同作用。分别分析单调、变化、循环加载作用下的算例。整个过程稳定、可靠、高效,并比基于直接刚度法的交替位移方法更省时。     

内外组合张弦网壳结构基于向量式有限元的断索分析(英文)

对乐清市新体育馆采取的一种新型内外组合张弦网壳结构进行了断索分析.利用自编向量式有限元(VFIFE)程序模拟分析不同位置径向索相继断裂后该结构的内力重分布及节点变位情况,并和ANSYS生死单元法的计算结果进行比较.荷载态静力分析结果检验了向量式有限元程序在进行静力计算的正确性,而断索过程的模拟更展现了该方法在处理结构非线性动力问题的优越性.分析结果表明,内外组合张弦网壳结构在个别径向索发生断裂的情况下尽管稳定性能有所降低,依然能够继续承载,具有较好的抵抗连续破坏的能力.然而在动力效应的影响下,结构响应有一定程度的放大,断索附近的网壳相对容易出现局部失稳.本文工作为该结构的维护检修、拉索更换以及预应力空间结构的抗倒塌设计提供了参考.     

Buckling optimization of variable thickness prismatic folded plates

This paper deals with the structural shape optimization of prismatic folded plates under buckling load consideration. Buckling loads are determined using linear, quadratic and cubic, variable thickness, C(0) continuity, Mindlin-Reissner finite strips. The whole structural optimization process is carried out by integrating finite strip analysis, cubic spline shape and thickness definition, semi analytical sensitivity analysis and mathematical programming algorithm. The objective is either the maximization of the critical buckling load or minimization of the cross-section of the prismatic folded plate with constraints on the volume and buckling loads. Several examples are included to illustrate various features of the optimization algorithm, including plates and stiffened panels.