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.     

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。     

某单层肋环形球面网壳结构的整体稳定分析

整体稳定分析问题一直是球面网壳设计中的关键问题。理论分析和工程实践表明:网壳结构的设计通常受其稳定性控制。网壳结构的整体稳定分析主要有三种:屈曲分析、弹性整体稳定分析和弹塑性整体稳定分析。本文借助有限元分析软件ANSYS,以某单层肋环型球面网壳为代表,对其进行屈曲分析、弹性整体稳定分析和弹塑性整体稳定分析,同时深入研究不同缺陷模式对整体稳定性能的影响。研究发现,单层球面网壳前六阶屈曲模态的整体稳定系数相接近,且出现相邻的重模态现象;最低阶屈曲模态缺陷对网壳结构的弹性整体稳定承载力影响最大,但对其弹塑性整体稳定承载力的影响未必最大,故有必要考察相邻的较低阶屈曲模态缺陷对网壳结构的影响。     

基于可靠度的单层网壳结构临界稳定承载力计算方法

为研究基于可靠度的单层网壳结构临界稳定承载力计算方法，选取并改进随机缺陷模态叠加法，作为单层网壳结构初始几何缺陷模拟方法；结合混合阶容积公式，高效准确地计算结构稳定承载力的前四阶统计矩，进一步采用移位广义对数正态分布重构结构稳定承载力概率密度函数；并在给定目标可靠指标或失稳概率下确定单层网壳结构稳定承载力。分别采用六角星网壳模型和K8单层球面网壳结构验证了基于可靠度的临界稳定承载力计算方法的有效性，计算结果表明：采用前四阶屈曲模态叠加所获得的稳定承载力概率分布离散性更大，稳定承载力下降规律与一致模态缺陷法结果基本一致，且现行规范缺陷幅值取跨度的1/300较为保守。     

单层球面网壳结构抗连续倒塌设计

单层球面网壳冗余度较低,个别杆件失效容易引起结构连续倒塌。为提高单层球面网壳的抗连续倒塌能力,可以采用将单层网壳主肋设计为局部双层的方法。应用ABAQUS软件通过自编程序,考虑杆件失稳及失稳后行为,对比分析了采用局部双层前、后静力荷载作用下单层球面网壳极限承载力、节点位移和失效模态,以及采用局部双层前、后地震荷载作用下单层球面网壳极限承载力。分析了地震作用下局部双层厚度不同时单层球面网壳结构的极限承载力。分析结果表明,将单层球面网壳主肋设计为局部双层可提高网壳结构极限承载力,改变网壳失效模式。     

大矢跨比单层球面网壳动力试验模型弹塑性稳定分析

为了解水平地震作用下具有不同失效机制的单层球面网壳结构在静力荷载作用下的弹塑性稳定性能,利用有限元软件ANSYS,对两个矢跨比为1/2的单层球面网壳结构试验模型进行双重非线性全过程分析,获得结构的弹塑性极限承载力,比较二者的失稳模态,初步了解二者之间的差异。考察结构杆件屈曲、初始缺陷等因素对结构稳定性能的影响,并分析各因素对结构极限承载力的影响规律。结果表明,地震作用下,具有强度破坏特征的网壳结构在静力下的失稳模式表现为结构的整体失稳,而发生动力失稳破坏的结构则表现为局部失稳破坏。杆件失稳和初始缺陷使结构的临界荷载大幅度降低,且地震作用下属于强度破坏的单层球面网壳结构在静力下对初始缺陷的敏感性大于动力失稳破坏结构。     

不同类型单层球面网壳结构弹性屈曲分析研究

文章利用ANSYS软件对三种类型的单层球面网壳结构进行弹性屈曲分析,在网壳尺寸及杆件截面相同的条件下,研究了网壳杆件分布形式对网壳屈曲临界荷载和屈曲模态的影响。研究结果表明:杆件分析形式对网壳屈曲临界荷载有较大的影响,其中,临界荷载从大到小依次为肋环斜杆型、K6型网壳、肋环型单层球面网壳;模态分析表明肋环斜杆型单层球面网壳稳定性最好。     

非对称荷载作用下具有初始几何缺陷的单层球面网壳的稳定极限承载力研究

为了研究非对称(半跨均匀)荷载对具有初始几何缺陷(节点偏差)的单层球面网壳稳定性的影响,采用N阶特征缺陷模态法模拟节点偏差,利用有限元软件ANSYS对矢跨比分别为1/3、1/4、1/5、1/6和1/7的K8型单层球面网壳进行了荷载-位移非线性全过程分析。通过对网壳结构施加全跨缺陷、半跨缺陷、全跨荷载、半跨荷载不同组合作用的方法,可以判断结构对非对称荷载的敏感程度以及非对称荷载与初始几何缺陷对结构相互影响的关系。分析表明:单层球面网壳在施加半跨缺陷和半跨荷载组合下的最不利缺陷模式均出现在前3阶,此状态下网壳的稳定极限承载力极低;矢跨比为1/5的K8型单层球面网壳结构受半跨缺陷影响较大,其稳定极限承载力下降最为显著;单层球面网壳结构全跨缺陷的最不利分布模式受荷载布置方式的影响较小;在非对称荷载作用下,初始几何缺陷的分布模式对单层球面网壳结构的稳定极限承载力影响较小。     

杆件初弯曲对网壳结构弹塑性稳定性能影响研究

为研究杆件初弯曲对网壳结构弹塑性稳定性能的影响,采用多段梁法模拟杆件的初弯曲,通过ANSYS软件给出2种建模方法引入网壳结构的杆件初弯曲。根据杆件初弯曲的随机性介绍随机缺陷模态法,以Kiewitt-8型网壳为例解释随机缺陷模态法的模拟过程并考察杆件初弯曲方向角和幅值随机变量对网壳稳定性的影响,由此得到修正的一致缺陷模态法。基于上述方法,分析考虑杆件初弯曲的Kiewitt-6、Kiewitt-8和短程线型单层网壳的稳定性,定量给出杆件初弯曲对不考虑节点偏差结构和考虑节点偏差结构承载力的影响。结果表明：对于不考虑节点偏差结构和考虑节点偏差结构,杆件初弯曲将明显降低结构承载力,并且能够改变结构的塑性发展程度,杆件初弯曲对单层网壳弹塑性稳定性能的影响不可忽略;修正的一致缺陷模态法能够有效评估考虑杆件初弯曲的网壳结构承载力的较小值。     

某单层球面网壳结构设计

对某70m直径单层球面网壳进行结构设计,根据受力情况选用了三种截面形式的矩形钢管,主要对自重荷载、温度荷载、雪荷载以及风荷载组合工况下的杆件进行验算。结果表明,杆件承载力满足《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)要求。对网壳结构进行整体稳定分析,首先通过弹性屈曲分析确定最不利工况,然后在最不利工况下,对网壳进行仅考虑几何非线性的屈曲分析及考虑材料及几何双非线性全过程分析。结果表明,网壳的稳定承载力满足《空间网格结构技术规程》(JGJ 7—2010)要求。     

杆件初始缺陷对单层凯威特球面网壳地震响应影响研究

为研究杆件初始缺陷对单层凯威特球面网壳地震响应的影响,利用OpenSEES有限元程序,采用多段梁法模拟杆件初始缺陷,给出了OpenSEES模拟空间网格结构圆管杆件滞回的多段梁法建模参数合理取值,基于GB 50017—2003《钢结构设计规范》中压杆稳定系数拟合了圆管等效偏心率和正则化长细比的关系式。考虑杆件初弯曲方向随机分布,建立了不同参数单层凯威特球面网壳模型,对网壳增量动力分析的最大位移进行了比较。结果表明：当网壳处于弹性状态时,杆件缺陷对其地震响应的影响可以忽略;当网壳进入塑性状态后,杆件缺陷对其地震响应的影响不可忽略,不同杆件初弯曲方向的网壳地震响应离散程度随地震动强度提高基本呈增大趋势;地震动强度较大时,考虑杆件缺陷和结构整体缺陷的单层网壳地震响应和仅考虑整体缺陷的单层网壳地震响应差异较大,两者最大位移的相对大小并无规律性,其关键影响因素为地震作用下塑性杆件分布的离散程度。     

初始缺陷模式对单层球面网壳静力稳定性的影响

初始几何缺陷模式是单层网壳结构静力稳定性分析、杆件截面设计时必须考虑的重要影响因素.通过采用工程设计中常用的几种初始缺陷分布模式,对考虑初始几何缺陷单层球面网壳结构的静力稳定性进行分析,发现现行规程所推荐的缺陷模式并不能完全保证设计的可靠性,具体表现为一致缺陷或特征值缺陷都可能成为最不利的缺陷模式.针对不同初始几何缺陷...     

考虑蒙皮和节点刚度的铝合金网壳稳定性

为明确蒙皮效应和节点半刚性对铝合金单层球面网壳静力稳定性的影响,运用有限元软件建立了一个125 m跨度的结构模型。首先通过数值模拟确定了初始缺陷和材料非线性对网壳稳定性能的影响,并在此基础上考虑蒙皮效应和节点半刚性进行对比分析。分析结果表明:蒙皮效应可以显著提高铝合金单层网壳静力稳定承载力,并改变结构屈曲模态,考虑节点半刚性会大幅降低网壳极限承载力,当同时考虑蒙皮和节点刚度时,该网壳稳定性能基本不变。     

基于构形易损性理论的温室单层球面网壳极限承载力分析

温室单层球面网壳的稳定性在设计中起着控制作用,尤其是非对称(半跨均匀)荷载、初始几何缺陷(节点偏差)、矢跨比和拉索预应力等因素对温室单层球面网壳稳定性的影响还有待深入研究。基于构形易损性理论,提出了判断参数对极限承载力影响的指标,即节点构形度的差异系数。利用ANSYS软件对矢跨比分别为1/3、1/5和1/7的K6、K8型温室单层球面网壳进行了整体刚度矩阵的提取,并通过MATLAB自编程序计算得到节点构形度的差异系数,定性分析了各参数对极限承载力的影响与节点构形度的差异系数的关系。研究表明:判定初始几何缺陷和不对称荷载对温室单层网壳结构极限承载力影响的准则是节点构形度的差异系数越小,结构的极限承载力越大;通过对K6型和K8型温室单层球面网壳的稳定承载力进行计算,验证了提出的判别准则的适用性与合理性。提出的判别准则可推广至其他类型的大跨度温室空间结构中。     

随机节点位置安装偏差与杆件偏心对单层球面网壳承载力的影响研究

单层球面网壳属于缺陷敏感性结构,其稳定承载能力受各种缺陷影响。为量化节点位置安装偏差缺陷、杆件对节点的偏心缺陷及其二者耦合作用对网壳稳定承载力的影响程度,对1000个随机产生的K6型单层球面网壳展开深入研究。首先提出了能够考虑随机节点安装偏差、随机杆件偏心的力学模型,然后阐述了两种随机缺陷在数值计算中的实现方法,最后获得了不同大小的节点安装偏差、杆件偏心距对单层网壳稳定承载力的影响程度与规律。计算结果表明：节点安装偏差对网壳极限荷载的影响更为显著,杆件偏心对极限荷载的影响相对较小;当节点安装偏差较小时,杆件偏心对网壳极限荷载的影响更为显著;节点安装偏差相同时,杆件偏心越大,网壳极限荷载越小。当最大节点安装偏差R1=2cm、最大杆件偏心R2=10mm时,缺陷网壳的极限荷载较理想网壳平均下降了10.94%;当R1=4cm、R2=10mm时,极限荷载平均下降了16.43%。     

三心圆柱面双层网壳结构整体稳定性分析

以某电厂干煤棚三心圆柱面双层网壳结构为例,建立结构稳定有限元分析模型,考虑、久荷载+全跨可变荷载""永久荷载+半跨可变荷载" 2种分析工况,取各工况作用下的一阶屈曲模态作为结构的初始几何缺陷分布模态,采用仅考虑几何非线性和考虑几何、材料双重非线性的全过程分析方法,计算得到各模型的荷载-位移曲线和稳定承载力系数,结果表明"永久荷载+全跨可变荷载"工况对结构稳定更为不利;随着缺陷幅值增加,结构稳定系数下降不多,说明初始几何缺陷对结构稳定性的影响较小。结构失稳主要由部分杆件进入塑性引起,采用弹性全过程分析方法会过高估计结构稳定承载力,建议在计算三心圆柱面双层网壳结构的稳定性时采用弹塑性全过程分析方法。     

随机杆件偏心对K6单层球面网壳承载力的影响研究

单层球面网壳属于缺陷敏感型结构。为研究杆件偏心对单层网壳结构整体稳定承载力的影响,以K6单层球面网壳为研究对象,提出了能够考虑随机杆件偏心的力学简化模型,然后阐述了随机杆件偏心在数值计算中的实现方法,最后研究了不同大小偏心距对300个单层网壳稳定承载力的影响程度与规律,并探讨了网壳的失效机理与破坏过程。计算表明:K6型单层球面网壳的稳定承载力与偏心距的大小紧密相关。当偏心距较小时,如Δy_i、Δz_i、Δy_j和Δz_j的绝对值均值为1.064 mm时,与理想网壳相比,极限荷载下降幅度在5%以内,影响不显著;当偏心距较大时,如四者绝对值均值为2.660 mm时,极限荷载下降幅度超过了10%,影响非常显著。随着杆件偏心距的增大,网壳的稳定承载力近似线性地逐渐减小,稳定承载力的离散程度逐渐增大。随着偏心距的增加,极限荷载的概率分布类型由正态分布转变为非正态分布。提出的力学模型可推广至其他类型的空间网格结构中。     

杆件长度随机偏差对K6型单层球面网壳稳定承载力的影响研究

单层网壳属于缺陷敏感型结构.为了理清杆件长度随机偏差对K6型单层球面网壳稳定承载力的影响程度与规律,采用随机缺陷模态法引入杆件长度随机偏差,将杆件长度偏差视为服从正态分布的随机变量,考虑了4种矢跨比网壳、6种杆件长度随机偏差,对1200例网壳进行了稳定承载力分析.计算发现:杆件长度偏差越大,网壳的极限荷载越低,且离散性越大;当杆件长度最大偏差值为±3mm时,极限荷载的降低量超过了5%;当杆件长度最大偏差值为±5mm时,极限荷载降低量超过了10%;网壳极限荷载的均值与杆件长度偏差近似呈线性关系;不同的杆件长度随机偏差分布形式,会导致失稳位置与破坏模式的不同.网壳的失稳形式基本上为杆件失稳或点失稳;若网壳中杆件长度偏差分布形式完全相同,仅杆件长度偏差的大小不同时,网壳的破坏模式相似.     

球冠网壳结构稳定性分析

对某工程球冠网壳和球面网壳结构方案做比较,重点研究球冠网壳稳定性.首先采用Midas Gen软件建立钢筒仓整体模型进行静力分析,并验算受压杆件的稳定性;再建立球冠网壳和球面网壳的结构模型分别进行特征值屈曲分析;最后对球冠网壳结构进行非线性屈曲分析,采用Midas Gen软件进行考虑初始缺陷的几何非线性屈曲分析,采用Abaqus软件进行考虑初始缺陷的双非线性屈曲分析.结果表明,球冠网壳结构的承载力略小于球面网壳结构,球冠网壳结构中心平台区域对其承载力影响较小.球冠网壳结构顶部为平面,便于设置工作平台及设备,可作为屋盖结构用于类似实际工程.     

单层网壳静力稳定性研究

以K6型单层球面网壳为研究对象,基于非线性有限元理论,研究考虑结构初始几何缺陷、材料非线性以及几何非线性对该网壳结构静力整体稳定性的影响,论述了两类稳定性问题,线性屈曲分析计算得到临界荷载以及屈曲模态,非线性屈曲分析方法为弧长法,分析得到网壳结构的荷载-位移全过程曲线,具有工程实际意义。