基于构形刚度的柱面网壳等稳定性优化设计

通过节点和局部构形刚度参数,准确预测了单层柱面网壳施加缺陷前后的失稳节点及失稳区域.分析得出,结构存在初始缺陷后,稳定承载力降低是由于初始缺陷的存在降低了结构部分节点及区域的构形刚度,形成了薄弱区域.依据结构等稳定性优化思路,利用改变部分杆件截面尺寸进行局部构形刚度调整,使结构构形刚度趋于均匀,从而提升单层柱面网壳结构的稳定性能.各优化方案结果比较表明,构形刚度均匀化可有效确定单层柱面网壳的优化区域、杆件优化数量以及截面优化程度,快速提高网壳结构的稳定承载力并使结构接近等稳定性.单层柱面网壳稳定性的高效优化方向为横向跨度方向.     

基于杆件构形刚度参数均匀化的单层网壳稳定性能优化

为实现网壳各节点抵抗荷载能力的均匀分布,提升结构稳定承载力,基于网壳结构受力特点,引入了单层网壳结构的杆件构形刚度参数。以结构杆件构形刚度均匀化为目标,将网壳杆件截面尺寸作为优化变量,采用惯性权重改进后的粒子群算法对网壳的杆件截面进行优化配置。优化结果表明,构形刚度方差能较为准确地反映结构的杆件构形刚度均匀程度。通过粒子群算法优化后求得的杆件配置可以使网壳结构接近于等稳定性,最大程度地提升结构的稳定极限承载力。     

单层球面网壳基于节点构形度的刚度均匀性判定准则

为研究单层网壳结构的失效机理,以3个单层球壳缩尺模型为例,通过对节点构形度进行分析研究提出,节点构形度的对数标准差S_T(lg(q))可作为衡量单层球壳结构整体刚度均匀性的判定参数。通过与试验结果对比可知,节点构形度的对数标准差S_T(lg(q))与结构的倒塌破坏特征及极限状态时输入的峰值加速度密切相关。对跨度为40 m,矢跨比分别为1/3、1/5、1/7的4种杆件截面的凯威特K6型单层球壳结构进行了参数分析（包括节点构形度分析、静力稳定分析和地震作用下的动力时程分析）。研究结果表明,K6型单层球壳结构在杆件质量相近的条件下,节点构形度的对数标准差S_T(lg(q))越小,结构的稳定承载力和极限状态时输入的峰值加速度越高,且地震作用下结构的延性越好,强度破坏特征越明显。通过统计分析建立了适用于跨度为40m的K6型单层球壳结构刚度均匀性判定准则,即当节点构形度的对数标准差S_T(lg(q))不大于0.4时,结构整体刚度均匀,相应的结构稳定承载能力和极限状态时输入的A_PG相对较高,且地震作用下的延性较大。     

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.     

节点刚度对凯威特型单层球面网壳稳定性的影响

稳定性是单层球面网壳理论与设计中的突出问题，影响稳定性的因素众多．本主要就节点刚度，引入一种节点模型，采用ANSYS软件，通过常见的凯威特型单层球面网壳，分析这一因素对整体稳定性的影响，得出一些有意义的结论。     

节点刚度对有缺陷短程线球面网壳稳定性的影响

节点刚度是影响网壳稳定性的重要因素之一,为理解其影响规律,应用Ansys的Matrix27单元,建立节点刚度单元模型,并考虑初始缺陷的影响,运用非线性有限元全过程分析方法,研究了节点刚度变化对不同缺陷短程线球面网壳稳定性的影响.结果表明:刚度降低,网壳稳定承载力下降;缺陷增大,节点刚度的影响减弱,并给出了一些工程设计的建议.     

球面网壳稳定性与自振性能分析

采用有限单元法对单层施威德勒型球面网壳进行无初始缺陷的稳定性分析,研究其稳定性能。然后分析不同矢跨比、不同支座条件对结构抗震性能的影响。     

大矢跨比局部双层球面网壳的形式及稳定性分析

首先比较了球面基本三角形网格的划分形式，最优网格划分法得到的网格三类型数量最少，最经济，提出了构造球面网壳局部双层形式的方法和五种具有工程应用价值的形式，采用几何非线性有限元理论，对几种网壳形式进行了深入的稳定分析，参数分析并与单层网壳的稳定特征进行了比较，本研究结果对实际工程有重要应用价值。     

半刚性节点单层球面网壳整体稳定性分析

上海国际会议中心单层球面网壳采用的贯通式节点属于半刚性节点,这种节点的弯矩一转角关系可以采用分段等效剐度的方法来考虑。本文采用一致模态法分析了考虑节点刚度和不考虑节点刚度时的网壳在两种荷载工况下的整体稳定性,并研究了节点刚度对网壳整体稳定性的影响。     

双层球面网壳结构的抗震性能分析

以双层球面网壳为研究对象,对其进行结构的几何优化设计和在地震荷载下的反应分析.首先分析了结构自振特性随几何参数变化的特点,研究了结构的基频随矢跨比、跨度、网格分割频数及网壳厚度变化的规律,然后采用N ewm ark积分法对其在多维地震作用下的反应进行了时程响应分析.研究结果表明,在结构跨度一定时,存在一个优化的矢跨比范围,约为1/3~1/4,该范围内,结构的整体刚度存在一极大值;对矢跨比一定的结构,结构跨度的增加将显著减低结构的整体刚度,从而减低结构的自振频率;对于跨度和矢跨比一定的结构,结构的基频随结构分割频数、网壳厚度的改变变化很小.     

单层球面网壳稳定性分析

采用大型通用有限元软件ANSYS建立了肋环斜杆型单层球面网壳有限元模型,对其在半跨均布荷载条件下进行稳定性分析,分别用一个单元模拟一根杆和两个单元模拟一根杆分析,将两种结果进行比较,包括各种稳定性系数大小变化、稳定性态变化、缺陷的模式、敏感性等,说明不同类型稳定性的特点,得出一杆两单元考虑了构件自身稳定和整体稳定的耦合,求解的临界荷载因子更加准确。     

施威德勒球面网壳的稳定性分析

稳定性分析是网壳结构尤其是单层网壳结构设计中的关键问题.本文论述了网壳结构稳定分析的理论和方法,利用大型通用有限元分析程序ANSYS对施威德勒单层球面网壳进行建模及求解分析,并得出了一些有用的结论.     

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。     

大型局部双层网壳的体系及稳定性研究

本文总结了近四年课题组关于大型局部双层网壳的研究成果。首先介绍了局部双层网壳体系及其成形方法,一般可基于基本的双层、单层网壳演变而来,如球面(大矢高、小矢高)、柱面网壳,叉筒以及其它组合形式。几何非线性混合有限元法是分析结构稳定特性的有效方法,弧长法、广义增量法与Newton-Raphson方法结合可实现屈曲后过程跟踪,可以采用通用有限元软件或开发程序。然后主要用自己编的程序进行了大量典型局部双层网壳的稳定特性分析及参数影响分析,包括矢高、跨度、矢跨比、厚度、厚跨比、单层区域大小、支承边界刚度等。最后介绍了几个大型局部双层网壳工程设计应用,并进行了稳定特性分析,保证强度与稳定的合理性。     

荷载非对称分布对单层球面网壳稳定性的影响

利用结构分析软件ANSYS,对不同跨度、不同矢跨比及不同截面的单层球面网壳结构进行了非对称荷载作用下的非线性全过程稳定分析。通过变化不同的参数,考察荷载非对称分布对单层球面网壳稳定性能的影响规律,对工程设计有一定的指导意义。     

带肋局部双层球面网壳稳定性分析

本采用几何非线性有限元理论,对带肋局部双层球面网壳的几何非线性稳定性进行了深入的研究,包括网壳结构参数（矢跨比、厚度）解析模型、边界条件等对屈曲承载力大小与稳定行为特征的影响。从分析结果得到对工程实践有意义的结论。     

自平衡预应力球面网壳结构稳定性研究

针对单元拼装式自平衡预应力网壳的结构稳定性能尚不明确的研究现状,采用有限元分析的方法对一座大跨度球面网壳结构的稳定性能进行了研究。采用了Block-Lanczos法对网壳结构进行了特征值屈曲分析,并用一致缺陷模态法对网壳结构进行了非线性分析,从而获得大跨度自平衡预应力球面网壳结构稳定性能的规律,相关结论对新型网壳的工程设计具有指导意义。     

单层球面网壳的静力稳定性分析

利用有限元程序ANSYS对某单层球面网壳进行了静力稳定性分析,得出了其在集中力、半跨均布荷载和全跨均布荷载下屈曲的全过程曲线,并进行了分析,分析结果表明:网壳在集中力作用下屈曲的变形最小;不对称荷载作用对网壳稳定承载力影响较大。     

大矢跨比球面网壳局部双层形式及稳定性分析

首先比较了适宜大矢跨比球面网壳的基本三角形网格划分形式,指出最优网格划分法得到的三类型数量(杆长、三角形、节点)最少、最经济。提出了构造球面网壳局部双层形式的方法,基于最优网格划分短程线型与三向格子形网壳,构造五种具有工程应用价值的局部双层形式。采用几何非线性有限元理论和屈曲路径跟踪技术,对几种网壳形式进行了深入的稳定分析。研究了稳定承载力随杆件尺寸变化规律,按梁单元与杆单元分析不同的稳定特性,大矢跨比局部双层与单层网壳稳定特性比较,以及小矢跨比网壳的屈曲特性。