减震控制技术在大跨空间网壳结构中的研究与发展

目的阐述减震控制技术在大跨空间网壳结构中的研究和发展．方法介绍了网壳结构的隔震技术、调谐质量阻尼器（TMD）、黏滞性阻尼器（FVD）等减震控制方式在工程中的应用，并介绍了国内外减震控制技术在大跨空间网壳结构中的发展现状．结果对于大跨空间网壳结构，减震控制技术是一项有效的减震方法．结论大跨空间网壳结构的减震研究已取得了一定进展，但仍有一些问题需要解决．比如对于空间结构，不同方向的地震作用往往是同量级的，应考虑多维地震输入，阻尼器的设置和位置的合理布置等也有待研究．     

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.     

大跨悬挑屋盖风振响应参与模态分析

根据援巴哈马体育场和援几内亚体育场主看台悬挑屋盖风洞试验数据结果,分析和探讨了采用频域分析法计算大跨度悬挑屋盖风振响应时应考虑的结构模态数和频率范围,得到强风作用下悬挑屋盖结构均方根位移与内力响应随参与计算的模态数和频率范围的变化规律,并从屋盖表面测点风压谱密度的角度解释了这种变化规律。     

长跨比对单层柱面网壳稳定性的影响

有计划地对１００例四边铰支单层柱面网壳和３６例纵边铰支单层柱面网壳进行了荷载－位移全过程分析,求得它们的极限承载力。选取了不同的矢宽比,荷载形式等参数。考虑了６种长跨比,系统讨论了长跨比对单层柱面网壳稳定性的影响以及其它参数对柱面网壳性影响规律和长跨比的相关性,较好地掌握了单层柱面网壳稳定性的规律,对工程设计有一定的指导作用。     

大跨球面网壳的悬挑安装法与施工内力分析

针对目前我国跨度最大的球面网壳工程，漳州后石电厂123m直径双层球面网壳，所采用的一种新的施工方法－小拼单元悬挑安装法施工技术进行了全面介绍，同时对结构在施工过程中杆件的内力变化进行了全过程的跟踪计算分析。分析结果表明，这种方便、廉价的施工新方法在技术上是可行的，结构在施工中是安全的。工程实践证明，这种用简易的施工机具安装大型网壳的施工方法是成功的。并特别指出网壳工程设计时考虑施工过程的重要性，同时对确定网壳施工方案时应注意的一些问题提出了建议。     

单层球面网壳的风振响应特性

为研究大跨度单层球面网壳风振响应特性,通过同步测压风洞试验获取风荷载信息,将风振响应分为平均响应、背景响应和共振响应三部分,其中背景响应采用影响线的方法计算,共振响应采用Ritz-POD法计算.分析过程中,着重对结构自振特性、风振响应中位移和内力的背景响应谱和共振响应谱特征、振型参与特性、以及各响应分量的分布规律进行了研究.结果表明:风振响应明显呈现多阶振型参与振动的特点,且存在高阶振型对脉动风响应贡献最大的现象,结构自振频率分布正好在这一振型处发生明显跳跃;在研究的范围内,脉动风响应大于平均风响应,而且在脉动风响应中,共振响应占主导地位,背景响应所占比例较小.     

单层柱面网壳的自振特性和地震响应分析

分析了网壳跨度、长度、矢跨比、支座刚度和网格尺寸对单斜杆型单层柱面网壳结构自振特性的影响，计算了这种网壳在不同方向地震作用下的动力响应。并对该网壳结构的自振变化规律及其抗震设计作了分析。     

基于振型分解反应谱法的大跨空间结构抗震设计研究

定义了广义振型参与质量来表征大跨空间结构各阶振型振动的主导方向,并通过控制广义振型参与质量之和占结构总质量的百分比来确定大跨空间结构振型分解反应谱法中参与组合的合理振型数.结合北京2008奥运会老山自行车馆屋盖网壳结构的抗震设计,验证了采用该方法确定的振型数目参与组合能够确保地震反应的精度.     

交叉拱支网壳的稳定性参数分析

分析了交叉拱支网壳这种典型杂交空间结构的整体稳定性。通过改变网壳矢跨比、拱刚度、活荷载分布和结构边界条件等参数，全面探讨了该结构的稳定性，并得到一些有规律的结论，可为相关工程设计提供参考。     

大跨开孔结构屋盖风致响应分析的多模态精细时程积分法

大跨空间结构在灾害天气时，风从孔口处涌入，屋盖容易在内、外压共同作用下产生破坏.结合模态解耦原理和精细时程积分法，提出了多模态精细时程积分法，并推导了大跨屋盖风致响应与风效应系数的计算公式.通过大跨屋盖刚性和气弹模型风洞试验，计算了屋盖的风致动力响应时程，其结果与有限元分析吻合，验证了多模态精细时程积分法的正确性.分析了大跨屋盖跨中位移平均值、位移均方根值和加速度均方根值的分布，得出了大跨屋盖风致破坏的机理，指出高阶振型对大跨屋盖结构的风致响应的贡献不可忽略.计算比较了在四周封闭和突然开孔2种情况下的荷载风效应系数和位移风效应系数，结果表明多模态精细时程积分法是一种高效、快速、准确的大跨屋盖风致响应计算方法.     

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。     

大跨度双层扭网壳结构的优化分析

在构造双层扭网壳结构优化的最小造价目标函数后,以网壳结构的矢跨比、网格尺寸、网厚度为设计变量,采用0.618法与穷举法,编制了优化设计程序LSD,通过优化计算,得出结构在轻屋面体系时,跨度在50～80 m的最优网格尺寸和厚度,并将计算结果归纳为经验公式.     

单层椭球面网壳结构体系动力响应分析

单层椭球面网壳结构体系跨度大,结构复杂,利用大型有限元结构分析程序对其进行了结构整体动力分析,得到了结构的自振周期和振型参与系数.该类型大跨度空间钢结构特点是:前几阶振型为整体水平振动,后面的振型为竖向振动和局部振动的耦合作用.由于各阶振型的相互耦合,在进行地震分析时,反应谱分析方法无法满足结构的精度要求,应考虑采用时程分析方法.     

基于MMBC的网壳结构振动控制

多市场竞争机制控制策略(Multi-Market Based Control,简称MMBC)是一种分散控制算法。文章利用有限单元法,在MATLAB工作环境中建立某空间网壳结构的有限元模型,以磁流变阻尼器为半主动出力装置,结合MMBC控制策略和半主动控制率,实现空间网壳结构在地震作用下的结构半主动控制,分析比较了无控与控制状态下结构的振动响应。结果表明,多市场竞争机制策略可以有效应用于空间结构的振动控制中,具有良好的减振控制效果。     

单层柱面网壳2类模型的地震响应比较分析

为了研究单层柱面网壳节点刚度对结构地震响应的影响,应用有限元软件ANSYS/LS-DYNA中的壳单元Shell163和梁单元Beam161分别建立了2类相同尺寸的网壳模型.2类模型的主要区别是:壳单元模型中可以按构件的实际尺寸建立空心球节点,并且壳单元节点模型的承载力值与实体单元节点模型值接近.通过改变结构参数,比较了矢跨比、长宽比和跨度变化时同类模型间的响应变化,以及同一结构参数下2类模型的地震响应差值.结果表明:结构参数变化时,2类模型的响应变化幅度存在明显差异;同一结构参数下,2类模型的响应差值变化较大,在进行此类结构地震响应分析时应考虑球节点的刚度影响.     

椭球形网壳结构静动力分析

大型的网壳结构具有受力合理、重量轻、造价低而且造型优美、形式新颖活泼等特点,成为近年来发展最快的结构形式之一。本文以某工程为例,使用ANSYS软件,结合时程分析法,对椭球形双层网壳结构进行动力分析,得到杆单元的轴力时程曲线。通过比较杆单元在不同方向的地震作用下的轴力时程曲线,分析网壳结构在地震作用下的内力规律,为今后的抗震分析设计提供依据。     

柱面网壳结构的地震行波反应分析

以某电厂干煤棚为例,应用有限元方法,计算了水平向一致激励时与考虑行波效应时大跨度柱面网壳结构的地震反应.然后根据计算结果比较了两种地震输入下的结构动力反应.数值分析表明:不同地震输入条件下的结构地震反应峰值存在较大的差异,且变化规律基本上随行波波速单调变化.进一步研究还表明:当行波波速为某一特定值时,结构的某些反应的变化与单调变化规律并不完全一致,存在行波共振的现象.     

平面张弦梁结构的风致响应分析

张弦梁结构是近些年在国内发展起来的一种新型的大跨度空间结构形式,由于其跨度大,整体刚度小,在风的作用下振动比较明显,故用现有规范中的等效静力法分析计算这种结构在风荷载下的响应精度太低,而采用时程分析的法可大大提高分析的精度,本文以一平面张弦梁为例,采用线形自回归滤波器法,模拟节点随机脉动风速时程,运用Matlab编程有效地模拟具有时间相关,空间相关性的脉动风速时程.然后在ANSYS中对此张弦梁结构进行瞬态分析,得到风振响应与风振系数,在此基础上改变两种基本参数,考察各参数对张弦梁风振响应及其风振系数的影响,得到一些有意义的结论,供张弦梁结构的工程应用考虑.     

大空间柱壳结构爆炸动力响应的Ritz-POD数值模拟

应用ANSYS/LS-DYNA建立大空间柱壳结构在内爆炸荷载作用下的数值模拟实验,在验证模型及参数选取的正确性及可靠性的基础上,建立了大空间柱壳结构在内爆炸作用下进行动力响应计算的合适模型。将Ritz振型叠加法与POD法结合,解决了冲击波荷载的时空差异性和结构表面压力场分布问题,大大减少了大空间结构爆炸动力响应分析的计算量。对大空间柱面网壳结构在内爆炸冲击荷载作用下的动力响应进行了数值模拟计算与分析,研究了矢跨比和爆炸点位置等因素对结构动力响应的影响。结果表明,计算模型适合于大空间柱壳结构的爆炸动力响应分析,矢跨比大的结构防（抗）爆炸冲击波的能力较强。偏心爆炸比中心爆炸对大空间结构构件的损害大,对结构的边跨构件最为不利,设计中应更注重支座附近和边跨结构的防爆能力。