世博轴阳光谷钢结构稳定性分析

世博轴阳光谷单层空间网格结构曲面形状复杂、几何尺度大、悬挑跨度大,其整体稳定性是结构分析与设计中的关键问题之一。分析以特征值屈曲模态作为初始几何缺陷分布形式的合理性,通过非线性有限元分析系统考察了阳光谷单层网格结构的整体稳定性能,并研究了单根杆件失稳对结构整体极限承载力的影响。分析结果表明：几何非线性以及几何、材料双重非线性临界屈曲承载力均满足相关规范要求,阳光谷钢结构具有良好的整体稳定性;阳光谷钢结构对几何初始缺陷不敏感,阳光谷上由索膜结构传来的索拉力可进一步降低其缺陷敏感性;局部杆件的失稳退出工作并不会导致结构整体承载力的突然丧失,整体结构具有良好的承载能力。图7表6参7     

单层组合加肋拱支网壳的稳定性

介绍了某相贯单层组合加肋拱支网壳结构在竖向荷载及风荷载作用下的整体稳定性。采用有限元软件MIDAS,在两种荷载工况下分别进行了此网壳结构的特征值屈曲、几何非线性屈曲分析,初始缺陷对网壳结构的整体稳定性影响分析。结果表明:网壳结构对初始缺陷较为敏感,初始缺陷会明显降低结构稳定性;不同的荷载工况下,失稳的情况亦不同且网壳结构稳定临界系数随着荷载的增大而降低。     

深圳大运中心体育场钢屋盖整体稳定性能研究

深圳大运中心体育场钢屋盖采用单层折面空间网格结构,悬挑跨度51.9m到68.4m,与混凝土看台完全脱开,依靠20个球铰支座,支承在标高6m的混凝土平台处,边界约束少、传力路径复杂、整体稳定问题突出.依据特征值屈曲分析确立了初始几何缺陷的不利分布,利用非线性有限元系统分析了结构整体稳定性能,并研究了关键部位、重要杆件对整...     

杭州国际博览中心单层球面网壳结构稳定性分析

杭州国际博览中心城市客厅部分采用了单层球面网壳结构形式.该球壳跨度较大,且由于建筑需要局部开有两个洞口,体型较为复杂.运用MIDAS有限元分析软件,考虑两种荷载工况对该单层球面网壳结构进行了整体稳定性分析.首先对该结构进行了两种工况下的特征值屈曲分析,预测结构的理论屈曲强度;然后根据球壳的屈曲模态,采用一致缺陷法,对结构体系进行了几何非线性屈曲分析,并对比分析了不同的球壳初始缺陷对结构整体稳定性的影响.研究结果表明:该球壳结构对初始缺陷较为敏感,初始缺陷的存在会明显降低结构体系的稳定性,且缺陷越大其稳定临界荷载系数越小;不同的荷载工况,球壳的临界失稳条件也不相同,临界荷载系数差别也较为明显.     

施工偏差随机分布对弦支穹顶结构整体稳定性影响的研究

基于概率理论,提出了适合于具有初始几何缺陷的弦支穹顶结构整体稳定性分析的施工偏差概率法,根据施工现场的误差分布特点,引入初始几何缺陷的随机分布形式,通过计算随机有限元模型,得到稳定系数样本值,并经过统计分析最终获得了具有一定可靠性的非线性整体稳定系数。以跨度93m、矢跨比1/12的优化后的弦支穹顶结构为算例,进行了考虑初始几何缺陷的非线性稳定性分析,与传统的特征值屈曲模态法和无初始几何缺陷的结果进行了对比分析,分析表明施工偏差概率法能够充分展现初始几何缺陷对弦支穹顶结构稳定性的影响,其计算稳定承载力比传统的特征值屈曲模态法低30%左右。通过对比分析,对初始几何缺陷最大值采用1.645倍的施工偏差控制限值,初始几何缺陷形状和大小更加合理,稳定分析结果偏于安全。施工偏差概率法在2008奥运会羽毛球馆弦支穹顶结构整体稳定分析中得到了良好的应用,验证了该方法的适用性。     

曲靖体育场钢屋盖整体稳定性能分析

曲靖体育场钢屋盖采用斜交空间管桁架结构,屋面最大悬挑长度达到46m,结构整体稳定成为值得关注的关键问题。应用ABAQUS有限元软件进行了线弹性屈曲分析,以此确定了初始几何缺陷的分布模式,进而分析了结构的整体稳定性能,并研究了节点刚度和重要杆件对结构整体稳定性能的影响。研究结果表明:钢屋盖属于缺陷不敏感结构;在最不利组合工况下,考虑几何、材料双重非线性时,结构整体稳定系数约为3.0,满足规范要求;节点刚度对结构整体稳定性能影响较小;部分重要杆件失效后,结构仍具有较强的承载力。     

施威德勒型单层球面网壳的固有振动特性及非线性屈曲研究

推导了施威德勒型单层球面网壳的结构动力平衡方程,分别讨论了该结构在线性和非线性情况下的特征值控制方程;对该结构进行固有振动分析,通过数值试验研究典型模型的自振频率和振型;将特征值屈曲分析的模态作为初始几何缺陷,通过几何非线性屈曲分析得到非线性屈曲荷载.结果表明:非线性特征值屈曲荷载小于相应的线性屈曲荷载,仅对该结构形式进行整体线性稳定分析是偏于不安全的,有必要进行非线性稳定分析.     

青岛北站撑杆式预应力钢压杆的极限承载力分析

结构的屈曲分析可分为特征值屈曲分析和非线性屈曲分析。简要阐述结构特征值屈曲分析和非线性屈曲分析的的基本理论,利用ABAQUS对青岛北站中的预应力钢压杆进行特征值屈曲分析和考虑材料非线性和几何非线性的非线性屈曲分析,对比两种分析方法所得的极限承载力的差别,同时在非线性屈曲分析中,分析在不同的初始缺陷和不同的初始预应力的条件下预应力压杆极限承载力的变化,所得结论可为同类大跨空间结构预应力压杆的设计与计算提供参考。     

援巴布亚新几内亚国际会议中心玻璃采光顶整体稳定性和节点应力分析

援巴布亚新几内亚国际会议中心玻璃采光顶为圆形,跨度32m,结构为内外钢环与连系钢梁组成的空间结构。此结构受力特点类似扁壳,存在整体稳定性问题。文章利用有限元软件ABAQUS对其做了整体稳定性分析,对承受复杂应力的连接节点做了应力状态分析。分析结果表明:结构第二阶失稳模态为可能失稳模态其对应的线性屈曲特征值为8.67;全跨活荷布置下最大缺陷为跨度1/300的缺陷结构的失稳加载系数为4.0,其为线性特征值的46%。结构整体稳定承载力对初始缺陷不敏感。节点应力分析得到连接节点的材料处于弹性状态,节点是安全的。     

大跨度多弧形钢拱结构的受力性能试验与分析研究

以西安建筑科技大学体育训练馆46.5米跨多弧形钢拱网格结构为工程背景,采用重力加载方式,对该大跨钢拱结构进行了现场原位试验。综合考虑结构的跨度、变截面形式、初始几何缺陷、荷载布置和多种荷载工况,采用有限元ANSYS软件建立了整体有限元模型,分别进行了该结构的特征值屈曲分析和几何非线性分析,找出了结构的屈曲模态,考察了不同初始缺陷对结构影响的敏感程度。根据试验数据与理论分析结果的比较,分析了该结构的受力机理,破坏形态和薄弱位置。结果表明,钢拱网格的结构形式均能很好满足结构跨度、负荷宽度、屋面荷载以及抗震性能等方面的要求,结构整体稳定性较好,初始几何缺陷对该类结构稳定承载力影响显著。研究成果为进一步评价该类结构可靠性及合理性提供有力的依据。     

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.     

自动化码头低架桥桁架结构整体稳定性分析

基于ANSYS对自动化码头低架桥桁架结构进行了线性屈曲分析和非线性静力稳定性分析,后者主要考虑几何、材料非线性和几何初始缺陷,分析了铅芯橡胶支座对结构整体稳定性的影响,得到了低架桥的屈曲模态和失稳临界载荷。结果表明:(1)低架桥先发生整体失稳再出现局部失稳或构件失稳;(2)非线性稳定分析所得的临界载荷小于屈曲分析的临界载荷;几何初始缺陷越大,临界载荷值越小,但对临界载荷的影响不大;(3)使用铅芯橡胶支座虽会降低结构的整体稳定性,但各种支撑形式下低架桥仍然具有良好的稳定性,低架桥的结构安全性主要由刚度指标决定。     

瑞金体育中心体育场钢屋盖整体稳定性能分析

瑞金体育中心体育场钢结构罩棚采用悬挑双向折形斜交平面桁架结构体系,屋面最大悬挑长度达到38m,结构整体稳定成为值得关注的关键问题。应用ABAQUS有限元软件进行了线弹性屈曲分析,初步了解结构的整体稳定性能,确定初始几何缺陷的不利分布与幅值,并对结构进行了非线性整体稳定性能分析。结果表明:钢结构罩棚属于缺陷不敏感结构,在最不利组合工况下,考虑几何非线性及几何、材料双重非线性的稳定承载力系数均满足规范要求,结构具有良好的安全储备。     

大开孔单层椭球网壳-组合楼板混合结构设计及稳定性分析

本文以九寨沟甘海子国际会展中心展厅结构为工程背景,介绍了单层椭球网壳-组合楼板混合结构的分析设计过程。首先,采用相贯节点的计算理论,对该工程采用的鼓节点的设计进行了详细论述。此外,本文采用子空间迭代法对该混合结构进行了特征值屈曲分析;采用非线性有限元理论,结合N-R法和柱面弧长跟踪技术,对该结构进行了考虑初始缺陷的非线性全过程分析;并采用估算公式进行了校核。计算结果表明,特征值屈曲分析结果是局部失稳的极限荷载,而非线性屈曲分析结果是整体失稳的极限荷载。对于有局部刚度薄弱的结构,采用非线性屈曲分析得到的极限荷载更为合理。     

空间桁架拱几何非线性稳定分析

介绍空间桁架拱的几何非线性稳定性分析方法,并采用该方法对高明文化中心项目80m大跨桁架拱的稳定性进行实践应用,从特征值屈曲分析获取结构初始缺陷,最后采用几何非线性的方法对结构进行了稳定分析。     

新建沈阳南站中央站房屋盖整体稳定性分析

沈阳南站中央站房屋盖为大跨度空间结构,采用纵、横向交叉平面管桁架体系。纵、横向交叉平面管桁架体系为一种新型的大跨度空间结构体系,采用ANSYS软件对该中央站房屋盖结构进行了特征值屈曲分析以及同时考虑几何非线性和材料非线性的有限元分析,此外还考虑了缺陷对结构整体稳定性的影响。计算分析了屋盖结构弹性以及弹塑性屈曲性能,对此种结构体系的整体稳定性做出评价。     

北京新机场航站楼C3和C5型柱体系整体稳定分析

北京新机场航站楼C型柱曲面形状复杂,双向刚度不对称,整体稳定是其设计与分析中的关键问题之一。对C3和C5型柱进行了特征值屈曲分析;考虑初始缺陷影响、几何与材料非线性对C3和C5型柱进行了非线性屈曲分析,考察了C型柱的整体稳定性,研究了初始缺陷分布形式与缺陷幅值对C型柱整体稳定性的影响。分析结果表明:C3和C5型柱的前100阶特征值屈曲模态均为局部屈曲;C3和C5型柱达到临界荷载后不会因为局部杆件失稳而突然丧失承载能力,具有良好的整体稳定性;在各自以第1~3阶自振振型分别作为初始缺陷分布形式时,C3和C5型柱的临界荷载系数与无初始缺陷柱相比分别最大下降8.8%和9.7%,C型柱对初始缺陷的施加不敏感;在不同振型作为初始缺陷分布形式的情况下,各荷载-位移曲线重合度较高,C型柱对初始缺陷分布形式的变化不敏感;C3和C5型柱对初始缺陷的幅值在L/1 000~L/300(L为柱高)间变化同样不敏感。建议在C型柱整体稳定分析中,初始缺陷幅值取L/300。     

广州歌剧院空间异型大跨度钢结构设计

广州歌剧院建筑造型奇特,其屋盖与幕墙组成的外围护体系为空间不规则折面组合型体,结构采用了空间折板式三向斜交单层网格结构。本文对其结构体系、构型和网格划分原则、杆件截面选取及节点形式等设计情况进行介绍,列举结构在重力荷载、风荷载、地震作用及温度作用下的变形和内力情况,对结构整体稳定分析、节点分析和铸钢节点足尺试验等关键问题进行论述,并对结构的工作机理和受力特性进行总结。结果表明,该体系对奇异建筑型体的适用性强,侧向刚度和抗震性能良好,结构工作机理以刚架作用为主,整体稳定问题不突出,结构对初始缺陷不敏感。     

空间拱-斜柱支承管桁架结构的有限元分析

介绍了某大跨度空间拱-斜柱支承管桁架结构的几何成形原理和结构布置;运用SAP2000对其整体结构进行了静动力分析,运用ANSYS对其整体结构进行了特征值屈曲分析和非线性屈曲分析,并对每榀空间钢拱的屈曲模态和计算长度运用SAP2000进行了分析计算,最后对多平面空间管桁架KK型节点进行了有限元分析.分析结果表明,结构的屈曲承载力计算应该同时考虑几何和材料双重非线性,并施加初始几何缺陷;对于空间钢拱计算长度的分析应考虑整体结构对其边界的约束作用;结构的各项性能指标满足要求.     

混凝土折板式拟球面网壳的几何非线性分析

混凝土折板式拟球面网壳是通过面切割球壳再网格化而成.混凝土折算厚度较小,稳定问题可能成为工程应用的控制因素.采用有限元法进行几何非线性全过程分析,讨论了主要参数对非线性稳定性的影响,并拟合临界承载力公式.结果表明：非线性屈曲为跃越屈曲并在密肋平板形成薄弱区,结构的屈曲位移约为跨度的1/47;结构的矢跨比应控制在1/7.5～1/5之间,提高矢跨比可增大结构的刚度;支座环梁刚度对结构非线性稳定性的影响很小,建议支座环梁高度不小于跨度的1/60;脊梁刚度对临界荷载影响较大;不宜采用过大的密肋梁刚度以避免过多增加结构自重,密肋梁截面高度宜控制在跨度的1/240～1/120之间;与密肋梁类似,不建议采用过厚的屋面板;初始几何缺陷会导致结构临界荷载减小,结构的最大初始缺陷可按跨度的1/300采用.本文拟合的非线性临界荷载近似计算公式可用于估计结构的几何非线性稳定承载力.