三心圆柱面网壳弹塑性地震响应分析

通过对不同跨度、不同长度、不同支承形式以及不同厚度的三心圆柱面网壳进行数值计算,考察其在设防烈度及罕遇地震作用下的弹塑性动力响应特点.所有柱面网壳模型的杆件截面均根据非抗震设计工况满应力优化设计确定,并满足多遇地震作用的验算.通过对杆件进行单元细分并引入初始缺陷以有效模拟压杆的失稳.由规范反应谱生成三向人工波,采用非线性时程法计算网壳的弹塑性响应.基于计算结果,统计了7度、8度中震及大震作用下的结构塑性变形发展特点和塑性杆件分布区域.研究表明:网壳长度、跨度和厚度的改变会使结构出现较大的弹塑性响应差异;仅满足小震验算的三心圆柱面网壳在中震和大震作用下可能会失效,且失效结构的薄弱位置主要位于距支座1/4跨度的区域;网壳从薄弱区域杆件出现塑性应变到整体结构失效的时间间隔很短.为满足"三水准"的抗震设防目标,建议三心圆柱面网壳的抗震设计进行中震及大震验算.     

火灾下双层柱面网壳结构连续倒塌分析

采用全过程动态拆除构件法进行火灾下某双层柱面网壳结构的连续倒塌分析,准确地模拟了火灾下网壳结构的连续倒塌行为及连续倒塌过程中构件拆除引起的结构动力响应.火灾下双层柱面网壳结构的关键构件为横向下弦杆及与之相连的受压腹杆,这些构件的失效沿纵、横两个方向的扩展将引起网壳的连续倒塌.连续倒塌过程中网壳结构动力响应的大小与失效构...     

考虑土-结构相互作用的双层柱面网壳结构三维地震反应分析

基于刚性地基假定的双层柱面网壳结构抗震计算方法未充分考虑场地土对其地震反应的影响.为验证土-结构相互作用对双层柱面网壳结构三维地震反应的影响,本文以一个48m跨度的双层柱壳为研究对象,分别建立基于刚性地基假定的柱壳结构及其考虑土-结构相互作用的三维有限元整体模型,研究对比了这两种结构体系的动力特性,并用时程分析法对其进行了三维地震反应分析与对比.结果表明,考虑土-结构相互作用后,双层柱面网壳结构的自振周期延长,振型发生变化;结构位移增大,部分杆件轴力增大.因此,对双层柱面网壳结构的抗震分析应考虑土-结构相互作用的影响.     

水泥工厂预均化库屋盖柱面网壳悬挑安装方法

通过对跨度49 m预均化库双层柱面网壳进行研究,采用有限元法对网壳小拼单元悬挑安装方法进行了施工全过程数值模拟,考察了悬挑安装过程中网壳结构杆件内力的变化情况,对柱面网壳结构悬挑安装的实际实施提出建议。     

某三心圆柱面大跨度网壳结构设计与优化

结合某煤场封闭工程,采用MST软件,按照规范要求建立大跨度三心圆柱面网壳结构模型,并对其进行设计与优化。研究结果表明:大震作用下,大跨度网壳结构局部腹杆产生塑性铰,未产生较大变形,满足"大震不倒"要求;撤除支座处水平系杆释放杆件应力,可大幅度减小支座反力;通过优化支座可简化施工工艺,缩短施工周期;伸缩缝增设弦杆,优化檩条连接节点,可减少网壳钢结构用钢量。     

空间网格结构抗震薄弱区识别的静力推覆方法

空间网格结构在强震下出现薄弱区的原因是该区域杆件的地震内力与决定其截面配置的非抗震设计内力差异较大,且该内力差异主要来自于少数模态的贡献。为此,利用非抗震设计和多遇地震验算的最不利内力,提出了一种疑似薄弱区杆件的简便判别方法。基于多遇地震下由振型分解反应谱法计算得到的结构响应,可以确定疑似薄弱区杆件地震内力的主要贡献模态。考虑这些主要贡献模态并参考振型质量参与系数,构造了能够近似反映最不利单向地震响应的综合模态,并基于结构应变能相等的原则确定了罕遇地震水平的等效静力推覆荷载。给出了一种能够计入三向地震动贡献的静力推覆方法,并对一个三心圆柱面双层网壳算例进行了推覆分析。通过与动力弹塑性时程分析结果对比发现,只要在建立推覆荷载时组合模态包括了疑似薄弱区杆件地震内力的主要贡献模态,并且所有组合模态的振型质量参与系数之和大于90%,则该静力推覆方法可以有效识别到该结构在罕遇地震下可能形成的薄弱区。     

双层柱面网壳在粘滞阻尼器作用下的减震研究

为了检验用粘滞阻尼杆件替换网壳结构部分杆件后的减震效果,选择了适合网壳结构的粘滞阻尼杆,并设计制作了双层柱面网壳结构模型,进行了在替换杆件不多的情况下,各点的位移、加速度和内力等方面减震效果的理论研究.其中包括布置位置、布置数量以及地震波的调幅加速度等方面的研究,得出各点的位移、加速度和内力减震70%左右,说明粘滞阻尼杆减震策略有效、可行.     

A static pushover method for identifying weak areas of earthquake resistant space frame structures

空间网格结构在强震下出现薄弱区的原因是该区域杆件的地震内力与决定其截面配置的非抗震设计内力差异较大，且该内力差异主要来自于少数模态的贡献。为此，利用非抗震设计和多遇地震验算的最不利内力，提出了一种疑似薄弱区杆件的简便判别方法。基于多遇地震下由振型分解反应谱法计算得到的结构响应，可以确定疑似薄弱区杆件地震内力的主要贡献模态。考虑这些主要贡献模态并参考振型质量参与系数，构造了能够近似反映最不利单向地震响应的综合模态，并基于结构应变能相等的原则确定了罕遇地震水平的等效静力推覆荷载。给出了一种能够计入三向地震动贡献的静力推覆方法，并对一个三心圆柱面双层网壳算例进行了推覆分析。通过与动力弹塑性时程分析结果对比发现，只要在建立推覆荷载时组合模态包括了疑似薄弱区杆件地震内力的主要贡献模态,并且所有组合模态的振型质量参与系数之和大于90%，则该静力推覆方法可以有效识别到该结构在罕遇地震下可能形成的薄弱区。     

双层柱面网壳与下部支承静力相互作用研究

柱面网壳结构由于可以提供优美的外形以及开阔的内部空间,越来越多地应用于大跨度空间结构。本文基于MST空间结构设计软件,针对方形平面双层柱面网壳,系统考察了不同支承条件下网壳杆件的内力变化与支承侧向反力、结构位移等静力响应,并在此基础上对结构用钢量进行了优化。分析结果显示,结构采用固定支承时上下弦杆件皆受压;弹性支承时上弦受压、下弦受拉;固定与弹性支承两种情况下,腹杆内力方向相反。结构用钢量、内力、支承侧向反力随着支承刚度增加呈减小趋势。同时,支承侧向刚度在1.26~1.67 k N/mm时,结构响应对支承刚度变化最敏感。     

铰接六杆四面体柱面网壳的构形及静力和稳定性分析

提出了两种新型的由投影面为矩形的铰接六杆四面体组成的柱面网壳。这种网壳结构的构形十分简单,节点和杆件数目相对于双层柱面网壳结构较少,网格抽空率高,具有单层和双层柱面网壳的主要优点。对两种铰接的六杆四面体组成的柱面网壳进行静力和线性与非线性稳定性分析,结果表明:下弦支撑的铰接六杆四面体柱面网壳结构整体刚度好,由线性特征值屈曲分析和考虑几何初始缺陷、荷载不对称布置的稳定性分析结果可知,其具有较好的力学性能,并且温度对其稳定性的影响较小。铰接的六杆四面体组成的柱面网壳可以采用螺栓球作为节点,有利于标准化设计、工业化生产和装配化施工,符合绿色建筑的推广应用条件。     

双层柱面网壳整体模型的建立及分析

采用有限元法,借助SAP2000对双层柱面网壳模型进行整体建立和静力分析,研究了关于双层柱面网壳在静力荷载作用下各杆件内力与位移的分布规律,得出了各杆件受静力荷载影响程度,进而了解了双层柱面网壳的静力特性。     

采用新型阻尼杆的双层柱面网壳结构减震分析与试验研究

为了检验用新型阻尼杆件替换网壳结构部分杆件后的减震效果,设计了适合网壳结构的新型孔隙式粘滞阻尼杆,在拟动力装置上进行了新型孔隙式粘滞阻尼杆的性能测试。在此基础上设计制作了双层柱面网壳结构模型,进行了新型阻尼器杆件替换网壳杆件减震的振动台试验。在替换杆件不多的情况下,各点的位移、加速度和内力减震60%左右,说明新型孔隙式粘滞阻尼杆减震策略有效、可行。理论分析和试验结果较为接近,最大误差10%。     

防屈曲支撑在双层柱面网壳中的减震性能分析

防屈曲支撑是一种效果良好的减震装置,由于其"小震经济、中震不坏、大震易修"的优点,有望成为新型的高性能装置从而应用于大跨度空间结构振动控制中.以一50m跨度的双层柱面网壳为实例,采用非线性时程分析的方法研究了柱面网壳结构在加入防屈曲支撑后的轴力及位移减震效果,通过不同的时程输入及不同支撑布置方式,得出了合理的支撑布置方式,在最优的布置方式下,位移减震效果可达27%,轴力减震效果可达47%,可见防屈曲支撑在双层柱面网壳中的减震效果较为理想,从而可以将其推广应用于其他形式的大跨度空间结构.     

双层柱面网壳弹塑性抗震性能

对双层柱面网壳的弹塑性抗震性能进行了探讨。采用理想弹塑性模型 ,通过结构非线性分析程序ADINA ,对双层柱面网壳结构进行了地震作用下的弹塑性分析。利用EL Centro地震波对网壳结构进行时程地震反应分析 ,考察了杆件进入塑性后网壳的地震响应和抗震性能 ,揭示了这类网壳的弹塑性性能特点     

周边双层中部单层球面网壳结构的特征值屈曲分析及其极限承载力

在大跨结构中,将单双层网壳结合起来形成的一种结构形成———周边双层中部单层球面网壳结构,可充分发挥两种结构形式的优点。本文采用刚铰接模型,即单层部分采用空间梁单元、双层部分采用空间杆单元,应用BlockLanczos方法对该种网壳结构进行了特征值屈曲分析;采用柱面等弧长技术跟踪了网壳结构的平衡路径。在对网壳结构进行多参数分析的基础上,包括单双层跨度比、矢跨比、杆件规格等,总结了单双层网壳结构的失稳规律,得出了临界荷载和极限荷载的拟合计算公式,并与一实际工程的数值分析结果进行了比较。     

周边局部双层球面网壳特征值屈曲分析

通过对满应力设计出周边双层中间单层的球面网壳进行特征值屈曲分析,寻找网壳的薄弱部分;同时,对相同跨度、相同矢高、相同厚度的双层网壳建模,对比二者屈曲模态以及临界荷载系数。为了提高局部双层网壳的临界荷载,调整网壳关键部位的杆件截面以及构造方式,重新进行特征值屈曲分析。     

双层柱面网壳需考虑行波效应的最小平面尺寸

为了探究大跨空间结构需考虑行波效应的最小平面尺寸,采用时程分析法对不同平面尺寸双层柱面网壳进行多点输入与一致输入的对比分析,研究了一致输入下地震内力峰值不小于10 kN且行波效应系数不小于1.1的特殊杆件的分布规律。结果表明：特殊杆件主要出现在上弦纵杆中,改变结构平面尺寸会影响特殊杆件的数量和比例;当跨度达到60 m且长度达到90 m时,上弦纵杆中特殊杆件占比达到10%,继续增大结构长度会使特殊杆件比例增大,继续增加结构跨度则会使特殊杆件比例减小。可见,跨度60 m与长度90 m是需对此类结构上弦纵杆考虑行波效应的最小平面尺寸。     

单层柱面网壳失稳区域预测及稳定承载力优化

网壳结构的极限承载力往往由其稳定性能所决定.从杆系结构在失稳前的受力状态分析出发，构建了以杆件的拉压刚度和杆件与节点切平面夹角乘积之和的网壳杆件构形刚度参数.通过对两个不同矢跨比柱面网壳的分析表明，考虑初始几何缺陷后，柱面网壳结构的失稳点发生在杆件构形刚度参数最小的区域；加强杆件构形刚度参数最小区域的杆件截面可以快速提高网壳的稳定承载力，且用钢量较为经济.所构建的柱面网壳杆件构形刚度参数以及衡量稳定加强效果的指标可以较好地预测失稳区域以及指导柱面网壳结构稳定承载力的优化设计.     

网架结构的竖向地震研究

网架结构是杆件按照一定的规律布置,通过节点连接而成的网格状空间杆系结构。网架结构由处在两个平面内的杆件组成,形成平行的上弦与下弦,其间以腹杆与竖杆相连。目前,网架结构的抗震分析方法主要有振型分解反应谱法、随机振动方法和动力时程分析法。利用结构有大型限元分析软件SAP2000对三个不同跨度的正放四角锥网架结构进行分析,研究了网架的跨度的变化对自振特性及杆件内力的影响。     

蜂窝型柱面网壳结构的参数化设计分析

针对单层蜂窝型柱面网壳结构强度和刚度较低,无法满足大跨度网壳结构需求的特性,提出了一种正放六角锥体系双层蜂窝型柱面网壳。即首层壳面为一类单层蜂窝型柱面网壳,二层壳面沿网壳跨度方向连接各节点。通过在每个单独的六边形网格中添加一个相应的正放六角锥型腹杆来实现网格间的连接,从而提高单元网格的强度和稳定性。单层蜂窝型柱面网壳结构与正放六角锥体系双层蜂窝型柱面网壳力学特性比较分析表明:基于双层网壳结构下的最大位移随着矢跨比的增大而增大,对于水平支撑较好的网壳结构,较小跨径比的结构具有更大的优势;加强后的正放六角锥蜂窝型双层圆柱面网壳刚度远大于单层蜂窝型柱面网壳结构。