双层曲面球形网壳结构支座刚度研究

根据实际工况建立双层曲面球形网壳的有限元分析模型,研究网壳架体与混凝土柱之间连接支座分别采用固定铰支座、滑动铰支座和弹性铰支座3种情况对网壳结构的影响,以及采用不同水平支承刚度的弹性铰支座时网壳结构杆件受力性能的变化情况。研究结果表明,采用弹性铰支座时网壳结构杆件轴力比采用固定铰支座和滑动铰支座小;从支座选型对网壳结构杆件受力的影响来看,采用有一定支承刚度的弹性铰支座对结构更有利;弹性支座的刚度建议取为2 000 k N/m。     

考虑上、下部结构组合阻尼比影响的单层网壳分析

以单层球面网壳上、下部整体结构为研究对象,系统地研究了网壳屋盖结构与下部支承体系共同工作问题,针对钢网壳及混凝土支承体系这类组合结构,采用不同材料组合结构阻尼比的实用计算公式,分别按照固定铰支座模型、整体分析模型对多个网壳结构计算对比,结果表明,考虑组合结构阻尼比并按上、下部整体结构模型进行计算更符合工程实际.     

约束条件对天津极地海洋馆网壳结构性能的影响

天津极地海洋馆钢结构屋盖根据仿生学原理模拟鲸鱼的外形。"鲸鱼"身长275m,宽117m,高45.6m,采用双层网壳结构模拟;尾部背鳍高69.4m,采用空间管桁架结构模拟。通过对其屋盖钢结构主体的有限元分析,主要研究了双层网壳结构在弹性支座和固定铰支座两种不同约束条件下的静力性能、动力特性和抗震性能,分析支座刚度对网壳结构性能的影响。相比固定铰支座,弹性支座可以明显地改善屋盖双层网壳结构的力学性能,对相关课题研究及工程设计具有一定的理论价值与实用意义。     

大型摄影棚屋盖网架与支承框架协同工作分析

对于大型摄影棚结构,合理考虑屋盖结构和支承结构协同作用是结构设计的关键.以某大型摄影棚结构为研究对象,利用SAP2000软件建立了屋盖网架固定铰支座模型、等效弹性支座模型和整体结构模型,并对其进行了静动力对比分析,讨论了下部支承结构对上部屋盖网架受力的影响.分析结果表明,固定铰支座模型与整体结构模型的应力差值较大,将下部支承结构简化后的等效弹性支座模型在静载和单独竖向地震作用时可代替整体结构模型进行分析,考虑水平向地震作用和三维地震作用时应采用整体结构模型.     

超大跨钢桁架穹顶组合网壳不同简化支承的分析对比北大核心

对建造在钢筋混凝土框架顶上的超大跨钢桁架弦支穹顶组合网壳结构,用SAP2000分别建立了底部框架支承、协同弹性支承、简化弹性支承、不动铰支承的网壳结构有限元模型,计算并对比了这些网壳结构有限元模型在重力荷载和温度作用组合下的自振特性、关键构件轴力、竖向位移、屈曲因子,以考察不同支承条件对钢网壳结构受力性能的影响。从分析精度和可靠性方面综合评价,选用有限元模型的优先顺序为底部框架支承模型、协同弹性支承模型、简化弹性支承模型、不动铰支承模型。不动铰支承模型可简化分析,亦可满足工程精度要求,在适当条件下可在结构设计分析中采用。     

超大跨钢桁架穹顶组合网壳不同简化支承的分析对比

对建造在钢筋混凝土框架顶上的超大跨钢桁架弦支穹顶组合网壳结构,用SAP2000分别建立了底部框架支承、协同弹性支承、简化弹性支承、不动铰支承的网壳结构有限元模型,计算并对比了这些网壳结构有限元模型在重力荷载和温度作用组合下的自振特性、关键构件轴力、竖向位移、屈曲因子,以考察不同支承条件对钢网壳结构受力性能的影响。从分析精度和可靠性方面综合评价,选用有限元模型的优先顺序为底部框架支承模型、协同弹性支承模型、简化弹性支承模型、不动铰支承模型。不动铰支承模型可简化分析,亦可满足工程精度要求,在适当条件下可在结构设计分析中采用。     

长沙Live中庭屋盖大跨空间自由曲面网壳结构设计

长沙LIVE中庭自由曲面屋盖跨越支承在下部4个结构单体上,中间局部为可开合式屋面,二次膜结构生根于主体结构之上,中庭屋盖采用大跨度单层网壳结构。介绍了结构选型及固定铰支座与滑动铰支座的合理设置方法;根据当地自然条件和风洞实验报告进行屋盖的风荷载取值;通过有限元软件MIDAS/Gen对网壳结构进行了静力和整体稳定性分析,并且将网壳与下部混凝土结构协同工作,比较自振周期、位移、支座反力来分析下部结构对网壳结构受力的影响;同时通过有限元模型对节点设计承载力和刚度进行了分析,网壳的各项计算结果均满足要求。此外,在施工过程中进行了变形监测,监测数值均在设计计算范围内。     

榆林科技馆单层带缺口球壳结构设计

榆林科技馆球壳为单层球面网壳,由于建筑门洞以及造型的要求,球壳外表面不对称,球壳的支座呈阶梯形布置。简要介绍了球壳选型及分析、设计过程。为了保证设计安全,分析时采用弹性支座和固定铰支座形式,分别进行了特征值以及整体稳定分析。分析表明:对带缺口的肋环型单层网壳,增加斜杆对结构性能有很大的改善,用钢量反而降低;不同网壳支座类型的假定,对于不规则网壳的内力有较大的影响。     

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...     

安徽大学体育馆屋盖张弦网壳结构的地震响应分析

对安徽大学体育馆屋盖张弦网壳结构的动力特性进行了分析,采用时程分析法对固定铰支座和弹性支座张弦网壳结构进行水平、竖向地震作用分析,分析了上下部结构协同工作对张弦结构抗震性能的影响。结果表明,张弦网壳结构的自振频率密集,结构的低阶整体振型以竖向振动为主,刚性网壳下布置索杆施加初始预应力可以提高结构基频;8度多遇地震作用下,张弦网壳结构的水平、竖向地震作用的内力和位移响应属于同一量级,大跨度张弦网壳结构的抗震设计需要对不同方向的地震作用进行分析;大跨度张弦结构应对屋盖与下部结构整体进行地震响应分析或合理地对下部结构的刚度和惯性进行等效。     

考虑安装应力的网格结构稳定承载性能试验研究

为研究安装应力对网格结构承载性能的影响,对平面尺寸为7m×12m和5m×12m的两个正交正放四角锥网架进行破坏性试验及有限元分析,结果表明安装应力使网格结构稳定承载力出现较大幅度的降低。对204个平板网架模型和140个双层柱面网壳模型进行参数分析,得到安装应力对稳定承载力的影响系数。采用有限元分析方法研究了38个具有整体失稳可能性的双层球面和双层柱面网壳模型,得到了稳定承载力安全系数K的合理取值范围。结果表明：试验测得的整体变形、刚度和稳定承载力与理想结构存在明显差异;安装应力对稳定承载力的影响系数服从正态分布,平板网架、双层柱面网壳稳定承载力影响系数分别为0.50和0.55;当考虑安装应力初始缺陷,采用Marshall压杆屈曲失稳模型时,建议K取2.0;由于JGJ 7—2010《空间网格结构技术规程》提供的全过程分析方法未考虑杆件初始应力,建议K取3.0。     

多波多跨柱面网壳结构受力特性及简化分析方法

工程实践中可以把单波单跨的柱面网壳作为一个结构单体,在横向和纵向扩展形成单波多跨、多波单跨以及多波多跨的整体矩形平面屋盖系统。通过研究位于多波多跨柱面网壳4个不同区域的网壳单体,发现相同区域内的单体受力性能非常接近。并且依据不同区域网壳单体的约束情况建立相应的简化模型,通过分析比较简化模型和整体模型中相应单体的受力特性,可以得到二者的受力性能也比较接近。同时应用简化的单体模型考虑网壳杆件的截面选择和张弦柱面网壳中预应力设计的问题,也都能得到比较好的效果。     

节点刚度对网壳结构极限承载能力的影响

利用通用有限元软件ANSYS，对同一网壳的节点赋予不同的平面外抗弯刚度值，采取与规范规定类似的计算方法，计算网壳的极限承载力，并把节点刚度与杆件的线刚度进行比较，并加以总结，得出一般性规律，对揭示网壳结构的破坏机理具有一定的意义。     

单层预应力网格钢结构稳定性研究

某单层预应力网格幕墙钢结构由形似花瓣的5个独立的外加预应力索网的椭球形单层网格杆系结构组成，每根竖杆均为一通长连续构件，而横杆则与竖杆铰接，形成一组特殊的单层网壳结构。钢网壳内侧通过连杆铰支于内部混凝土结构上，外侧为预应力索网。此网格结构并非作为屋盖水平放置。而是作为玻璃幕墙的支承结构垂直放置，其连接与支承方式均不同于常规的单层网壳。本文深入探讨这类型特殊网壳的稳定性态和特征，对类型该结构的线性稳定，完善结构非线性稳定，有初始缺陷结构非线性稳定和弹塑性稳定进行分析，得出几点有益的结论，为该类型网壳结构的设计提供数据资料和依据。     

索承网壳结构截面和预应力的优化设计研究

探讨了以预应力和截面尺寸为设计变量的索承网壳结构截面面积与索力同时优化的设计问题。建立了该结构优化设计的数学模型,采用分层优化算法进行求解。第一层以预应力为设计变量,采用基于连续变量的复形法求解;第二层以截面面积为设计变量,采用改进的离散变量两级优化方法求解。算例表明,方法具有较好的计算效率和收敛性,可供索拱结构、张弦梁结构等空间杂交索结构体系的优化设计借鉴。     

Application and development of modern long-span space structures in China

Modern long-span space structures, developed during the 1970s and 1980s, are light and effective structures based on new technologies and light-weight high-strength materials, such as membranes and steel cables. These structures include air-supported membrane structures, cable-membrane structures, cable truss structures, beam string structures, suspen-domes, cable domes, composite structures of cable dome and single-layer lattice shell, Tensairity structures and so forth. For the premodern space structures widely used since the mid-twentieth century (such as thin shells, space trusses, lattice shells and ordinary cable structures), new space structures have been developed by the combination of different structural forms and materials. The application of prestressing technology and the innovation of structural concepts and configurations are also associated with modern space structures, including composite space trusses, open-web grid structures, polyhedron space frame structures, partial double-layer lattice shells, cable-stayed grid structures, tree-type structures, prestressed segmental steel structures and so forth. This paper provides a review of the structural characteristics and practical applications in China of modern rigid space structures, modern flexible space structures and modern rigid-flexible combined space structures.     

我国空间钢结构发展中的新技术、新结构

本文阐述了我国空间钢结构——空间网格结构发展应用中的基本情况.文中重点评述了空间网格结构发展与开拓中一些新技术、新结构,诸如大跨度、大面积网格结构、组合网架、组合网壳、三层网架结构、局部双层(单层)网壳结构、预应力网格结构、斜拉网格结构、特种网格结构、新型节点、理论研究与应用研究等等,最后本文展望了21世纪的空间钢结构.     

Buckling of cylindrical shells containing granular solids

Thin-walled shell structures are likely to buckle under axial loading way below the classical value. In the presence of granular solids (e.g. sand) in cylindrical shells the stiffness of the contents has a positive influence on the buckling load, similar to internal pressure. In practical silo design this effect is not considered. This is because not much is known about the interaction between the shell and the flexible granular contents and about how to handle this in a computational model. The present study will focus on some simple interaction models. It will be seen that the presence of a granular solid can increase the buckling load remarkably, and also that small modifications in the interaction assumptions have a major influence on the buckling loads.     

SMA-橡胶支座在单层球面网壳结构中的隔震分析

对新型SMA-橡胶支座隔震单层球面网壳结构进行了系统的动力分析。给出了理论分析方法,编制了相应的计算程序。对某凯威特单层球面网壳在不同工况下地震响应的数值模拟表明,该新型隔震支座可有效降低空间网壳结构的振动响应。     

网状扁壳与带肋扁壳组合结构的拟三层壳分析法

本文对网状扁壳与带肋扁壳共同工作的组合结构(可简称组合网状扁壳),采用连续化的拟三层壳的计算模型,按弹性小挠度薄壳理论进行分析计算,推导建立了混合法的基本方程式。由于这种构造上的拟三层壳在一般情况下不存在中面,因而壳体的薄膜内力、弯矩与薄膜应变,弯曲应变是耦合的,存在一个耦合矩阵,使得基本方程式比单层光面的符氏扁壳方程要复杂得多。对于周边简支的组合网状扁壳可求得基本方程式的解析解。文中对三向、四向组合网状扁壳进行了详细讨论,并指出了在特定条件下,可退化为一个当量的各向同性单层扁壳。对于一般网状扁壳的拟壳分析法及带肋扁壳的拟壳分析法分别属于本文的两种特殊情况。文中附有计算例题。