复合材料在板锥网壳结构中的应用

板锥网壳结构是一种受力性能合理，技术经济效益良好的新型空间结构形式。采用经典板壳理论，推导出正交叉对称层合板的单元刚度矩阵，对采用复合材料层合板的板锥网壳结构受力性能进行了分析。分析表明，板锥网壳结构采用复合材料新型板材具有更大的优越性。     

板锥柱面网壳的静力特性影响因素分析

板锥网壳结构是一种受力性能合理的新型空间结构形式。采用组合结构有限元法对板锥柱面网壳的静力特性影响因素进行了详尽的分析,着重研究了结构形式、几何参数和边界条件对板锥柱面网壳静力特性的影响。分析结果表明,形式不同的板锥柱面网壳,结构的变形规律及内力分布规律相去甚远,对于同一型式的板锥柱面网壳,仍因其几何外形,尤其是矢跨比的不同有不同的结构反应。板锥柱面网壳是边界条件敏感型结构,边界约束条件的细微变化将有可能使结构产生相当大的变化。因此,了解影响板锥网壳结构静力特性的因素是十分重要的。     

六杆四面体双曲面冷却塔网壳的构形、静力与稳定性能

提出由投影面为四边形的六杆四面体所集合组成的双曲面网壳,可以用作大型钢结构冷却塔的主体结构. 探讨该网壳形式的构形,它构造简单,兼具单层网壳与双层网壳的特性. 总结了正交正放与正交斜放2种基本布置形式,对正交正放的双曲面冷却塔网壳进行静力、线性与非线性稳定分析. 结果显示,该网壳内力分布合理,上、下弦杆及顶部环杆在受力上起到不同的作用,分工明确;线性与非线性稳定性能良好,且结构对于缺陷不敏感;网壳具有较好的经济指标,容易实现工业化生产与装配化施工.     

单层脊线式叉筒网壳结构性能研究

对一组圆柱面网壳交叉组合形成的新型网壳结构--叉筒网壳中的单层脊线式叉筒网壳的结构性能进行了系统研究.运用有限元方法分析了该结构在对称与非对称荷载作用下的静力性能,并着重讨论了矢跨比、荷载工况、边界条件和几何初始缺陷对结构非线性稳定性能的影响.研究了不同矢跨比和不同屋面荷载作用下的结构自振特性,并比较了不同矢跨比结构在地震作用下的水平地震内力和竖向地震内力.研究结果表明,单层脊线式叉简网壳受力性能良好,非对称荷载对结构性能的影响不大;矢跨比对结构的稳定极限荷载和动力性能影响较大;随几何初始缺陷的增大,结构稳定极限荷载平缓降低.     

板锥网壳结构的受力性能分析

采用组合结构有限元法详尽分析了板锥网壳结构的受力特性,并与普通双层网壳结构进行了比较,分析结果表明,板锥网壳结构受力性能合理,比双层网壳结构具有更大的优越性。     

杂交椭球抛物面网壳参数化设计及受力性能比对分析

以常州体育馆凯威特-联方型椭球抛物面网壳为例,应用APDL(Ansys Parametric Design Language)参数化设计语言,研制了两类6种杂交椭球抛物面网壳参数化设计宏程序;应用ANSYS软件对6种类型网壳进行了受力性能比对分析。结果表明:同等工况下,凯威特-联方型椭球抛物面网壳结构形式和受力性能最合理,实际工程中可优先选用;第一类以凯威特型为顶部结构的杂交椭球抛物面网壳矢跨比f/S取1/4~1/3,第二类以凯威特型为底部结构的网壳矢跨比f/S取1/3~1/2受力性能最优。     

杂交型椭球面网壳参数化设计及受力性能分析

杂交型椭球面网壳克服传统单一型椭球面和球面网壳随跨度S和环向区域份数K_n增加,结构顶点杆件数量增多而带来的杆件种类和尺度变化大等缺点,从而提高了结构的合理性,改善了结构的受力性能。文章根据杂交型椭球面网壳特点,采用APDL(Ansys Parametric Design Language)语言,研制了杂交型椭球面网壳参数化设计宏程序;以凯威特—肋环杂交椭球面网壳为例,应用ANSYS软件对其进行了受力性能分析。结果表明:同等工况下,凯威特—肋环杂交椭球面网壳顶点附近应力和位移均较小、且分布均匀,避免了单一网壳类型顶点附近应力集中现象,其受力性能优于单一类型凯威特、肋环型椭球面网壳;凯威特—肋环杂交椭球面网壳结构受力(2.35 N/m~2)后的最大位移和最不利应力随跨度的增加而逐渐增大,当跨度S_1≥110 m,K_n=6或K_n=8时最不利应力超过许用应力,工程中建议跨度上限为90~100 m。     

杂交型马鞍网壳结构参数化设计及形状优化

杂交型网壳可以发挥各单一传统网壳的优点,在增大跨度的同时又可获得较高的经济效益。文章根据杂交型马鞍型网壳结构特点,采用APDL参数化设计语言研制了两类六种不同杂交型马鞍网壳参数化设计宏程序,运用ANSYS软件对其进行受力性能分析,并对受力性能最好的凯威特—联方(Kie-Lam)网壳进行了108种工况形状优化设计。结果表明:在同等工况下六种杂交型马鞍网壳中Kie-Lam最大位移为6.9 mm和最不应力为25.1 MPa均最小,受力最为合理;矢高f与网壳最不利应力成反比,f每增加1 m最不利应力平均下降幅度最大为0.51 MPa,随Ns变化没有统一规律;在S=60 m、f=30 m不变的情况下,存在一种工况Kn=8、Nx=12和Ns=8满足结构强度、刚度和稳定性前提下,使网壳结构总耗钢量最轻。     

某冰壶馆钢屋盖结构设计与分析

某冰壶馆钢屋盖结构采用单层网壳加张弦梁的杂交体系,单层网壳与张弦梁共同受力,形成良好的空间传力体系。本文详细介绍了其钢屋盖的结构构成和受力特点,并对张弦梁的撑杆高度、拉索直径及拉索预张力的大小进行探讨,从而确定合理的结构布置形式。采用有限元软件对结构进行了静动力分析、极限承载力分析以及抗连续倒塌分析,对类似结构的设计提供有益的参考和借鉴。     

空腹网壳结构的静力稳定性与极限承载力研究

针对空腹网壳结构的静力稳定性及其极限承载力问题,应用非线性有限元法进行了研究.采用特征值屈曲分析和非线性屈曲分析两种分析方式考查了空腹网壳结构的屈曲模态和失稳全过程,通过大规模的几何参数分析,计算得到了矢跨比、网壳厚度、腹杆截面等参数取不同数值时的结构极限承我力,并与单层网壳结构进行了对比.结果表明,空腹网壳结构以整体失稳为主,在用钢量相同的情况下极限承载力比单层网壳结构提高2.87倍.空腹网壳结构既具有单层网壳结构简洁美观,又有双层网壳结构的稳定性好和承载力高的优点,是一种优良的结构形式.     

大跨空间结构若干理论问题研究

大跨空间结构是我国十余年来发展十分迅速的一个领域.结构形式的创新和有力的理论研究支持是大跨空间结构健康发展的两个关键因素.文章简要介绍笔者及其梯队在悬索体系解析计算理论、单层网壳结构稳定性、网壳抗震性能和振动控制、悬索和薄膜结构的风致动力响应等理论研究领域取得的一些进展.     

单层网壳结构的风振响应与抗风设计

利用随机模拟风振分析方法对Kiewitt6—6型单层球面网壳和三向网格单层柱面网壳的风振性能进行了系统的参数分析，包括几何参数、气动参数、结构参数等，得出可供单层网壳结构抗风设计参考的风振系数。结果表明，单层网壳结构的风振系数分布较为均匀，大致为3．0。     

大矢跨比单层球面网壳弹塑性稳定性研究

为全面认识大矢跨比球面网壳的弹塑性稳定性能,利用ANSYS软件及自编的前后处理程序,有计划地针对132例矢跨比为1/4~1/2的大矢跨比K8型单层球面网壳进行弹性、弹塑性稳定性能分析,并对其中典型算例的塑性发展状况进行了全过程跟踪分析.考察网壳的屈曲模态,分析初始几何缺陷、矢跨比,材料非线性对网壳弹塑性极限承载力的影响.结果表明:大矢跨比情况下,初始几何缺陷的存在会导致网壳的极限承载力降低50%,材料非线性对极限承载力的影响也明显大于常用矢跨比情况,塑性折减系数达到0.4,网壳极易发生提前失稳.建议适当提高大矢跨比球面网壳的稳定性验算安全系数.     

大跨度四边支承单层柱面网壳的稳定性能

为拓宽单层柱面网壳的应用跨度,以参数分析作为研究手段,利用通用有限元程序ANSYS以及自编的前后处理程序,针对波宽为20m四边支承柱面网壳开展400余例非线性全过程分析,考察屈曲模态、临界荷载、塑性发展分布等特征响应,总结长宽比、矢宽比、初始几何缺陷、荷载不对称分布等因素对网壳临界荷载的影响规律.研究结果显示:四边支承柱面网壳的直杆以受弯作用为主,壳面中部是结构的薄弱区域;当长宽比过大时,应通过增设加劲肋提高壳面刚度,加劲肋的间距应使得网壳长宽比保持在1.0为宜;柱面网壳对于初始几何缺陷较为敏感,当缺陷值达到波宽的1/300时,网壳的弹塑性临界荷载将降低30%以上;当荷载呈不对称分布且p/g=1.0时,网壳的临界荷载将降低到均布荷载作用情况下的86%～94%.     

Vibration control in reticulated shells using viscous dampers system

0　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＡｓａｎａｔｕｒａｌｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ ,ｅａｒｔｈｑｕａｋｅａｌｗａｙｓｃａｕｓｅｓｇｒｅａｔｄａｍａｇｅｔｏｂｕｉｌｄｉｎｇｓ .Ｓｏｍｅｄａｍｐｅｒｓａｒｅｉｎｓｔａｌｌｅｄｏｎｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｔｈａｔｔｈｅｄａｍｐｅｒｓａｎｄｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｒｅｓｉｓｔｔｈｅｓｅｉｓｍｉｃｍｏｔｉｏｎｔｏｇｅｔｈｅｒ ,ａｎｄｔｈｉｓｉｓｃａｌｌｅｄｖｉｂｒａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌ.Ｆｏｒｄａｍｐｅｒｓｃａｎａｂｓｏｒｂｓｅｉｓｍｉｃｅｎｅｒｇｙ ,ｔｈｅｄａｍ …     

既有网壳结构几何缺陷分布反演算法

针对目前传统的抽样检测手段无法获得既有结构真实几何缺陷分布的问题,提出基于概率图模型的既有网壳结构的马尔可夫随机场理论模型.基于局部马尔可夫性的计算假定,提出网壳结构双节点团和三节点团的计算单元,推导出相应的几何状态函数表达式;引入马尔可夫随机场的联合概率分布函数,推导既有网壳结构几何缺陷分布的反演方程,利用迭代-极大似然方程推导出计算几何缺陷分布的反演迭代方程.设计制作了一个K6单层球面网壳试验模型,采用本文反演算法对该试验模型的几何缺陷分布模态进行交叉验证.分析表明,当已知测点数占比大于16.5%时,反演计算得到的结构几何缺陷模态与实际模态具有较好的相似度;当节点几何缺陷的实测值出现异常时,反演计算结果可识别异常区域.     

Wind-induced vibration of single-layer reticulated shell structures

Aiming at the dynamic response of reticulated shell structures under wind load, systematic parameter analyses on wind-induced responses of Kiewitt6-6 type single-layer spherical reticulated shell structures and three-way grid single-layer cylindrical reticulated shell structures were performed with the random simulation method in time domain, including geometric parameters, structural parameters and aerodynamic parameters. Moreover, a wind-induced vibration coefficient was obtained, which can be a reference to the wind-resistance design of reticulated shell structures. The results indicate that the geometric parameters are the most important factor influencing wind-induced responses of the reticulated shell structures; the wind-induced vibration coefficient is 3.0 - 3.2 for the spherical reticulated shell structures and that is 2.8 - 3.0 for the cylindrical reticulated shell structures, which shows that the wind-induced vibration coefficients of these two kinds of space frames are well-proportioned.     

地震作用下肋环斜杆型单层球面网壳结构的动力稳定性

基于全过程非线性动力反应时程分析方法,采用实用的动力稳定性判定准则,以肋环斜杆型单层球面网壳结构为研究对象,系统地分析其在地震作用下的动力稳定性能.分别考虑了地震输入维数(水平、竖向、三向)、材料非线性、结构阻尼、初始几何缺陷、杆件截面面积、矢跨比、屋面荷载、支座条件和不同地震波(EL-Centro波、Taft波、天津波)等参数的影响,分析表明,考虑多维地震输入对单层球面网壳动力稳定性分析非常必要,不同地震波对单层球面网壳结构的动力稳定性影响程度不同,将其计算结果与K型网壳结论对比,得出了一些有意义的结论,可为网壳工程设计提供参考.