沁阳市体育馆椭圆抛物面弦支穹顶稳定性研究北大核心CSCD

沁阳市体育馆钢屋盖采用由Levy索杆体系和单层网壳组合成的弦支穹顶结构体系,具有跨度大、外形为椭圆抛物面的特点。对弦支穹顶结构进行了杆件内力、支座反力、节点位移、自振特性、线性屈曲和非线性屈曲分析,考虑了初始几何缺陷的影响,并与单层网壳结构进行了对比。研究结果表明,弦支穹顶结构引入高强度预应力拉索后,可以减小对边缘支承结构的作用、减小结构位移、降低对初始几何缺陷的敏感性和提高结构整体稳定性。在所考虑的活荷载全跨布置、长轴半跨布置和短轴半跨布置3种形式中,以活荷载短轴半跨布置最为不利。     

布索方式对弦支穹顶结构稳定性能的影响研究

弦支穹顶结构由上部单层网壳和下部索杆系统组成。为了解下部索杆系统的布置形式对弦支穹顶结构整体稳定性能的影响,确保结构在设计过程中合理布置下部索杆系统,以单层网壳以及9种不同索杆布置形式的弦支穹顶,共10种跨度均为122m的结构为研究对象,进行全跨荷载与半跨荷载下考虑初始几何缺陷与无初始几何缺陷的整体稳定性计算,提取结构失稳模态与结构稳定性系数,分析不同布索形式对结构稳定性的影响,并将计算结果与单层网壳结构的计算结果进行对比。分析结果表明:结构对初始几何缺陷较为敏感,结构的稳定性与下部索杆中撑杆的布置数量与位置有较大的关系,而与斜索的具体布置形式关系不大,且半跨荷载对结构更为不利。     

河北北方学院体育馆弦支穹顶屋盖稳定性能分析

以河北北方学院体育馆弦支穹顶屋盖为研究对象,考虑几何和材料非线性、活载布置方式及初始几何缺陷分布模式和大小等因素,对结构进行特征值屈曲和非线性屈曲的荷载-位移平衡路径全过程分析。研究表明:半跨活载布置对稳定承载力无不利影响,恒载及活载全跨布置、初始几何缺陷按第2阶屈曲模态分布时,结构稳定承载力最小。活载布置方式影响结构屈曲位移形态,活载全跨布置时局部凹陷区域为沿短轴跨度方向呈不对称形式分布,活载半跨布置时局部凹陷均位于活载最不利布置一侧呈带状分布。弦支穹顶结构对初始几何缺陷的变化比较敏感,结构由无缺陷到缺陷增加至跨度的1/100过程中,荷载-位移曲线平衡路径出现两种不同的模式。     

高矢跨比椭圆抛物面弦支穹顶风振系数研究

常州市体育馆弦支穹顶,采用Levy型索杆体系以及外部联方型和内部凯威特型网格单层网壳。与常规已研究的弦支穹顶相比,其高矢跨比使网壳具有较大刚度,其椭圆抛物面外形使屋盖在水平风载作用下既存在风吸区也存在风压区。结合工程进行了高矢跨比椭圆抛物面弦支穹顶的风振时域分析,研究了网壳和索杆系的风振响应,在风振作用下,拉索索力和支座竖向反力减小,但拉索未松弛,风载未超过恒载;索杆系应力的均值和波动范围较小;网壳的纵轴和横轴上的响应变化规律较为一致,最大竖向位移出现在靠近中心的2~4环;网壳内环的竖向位移风振系数比较均匀,外环波动较大。通过统计风振响应参数,探讨了整体风振系数的计算方法。基于响应均值和最大值的线性关系,采用风振响应与平均风静力响应的最大值之比作为适用于风载静力分析的整体风振系数,并提出不同风向下的建议值。方法简便,无需判定奇点和统计各样本响应时程。风振响应分析结论及整体风振系数计算方法和结果,可为类似结构的抗风     

济南奥体中心体育馆弦支穹顶结构设计

济南奥体中心体育馆下部采用多层混凝土框架筒体结构,上部采用弦支穹顶结构.弦支穹顶是一种新颖的杂交空间结构,由上部单层网壳和下部索杆张拉体系构成.首先简单介绍了该弦支穹顶结构的结构形式,并采用有限单元法进行了荷载分析、模态分析、线性与非线性稳定性分析等.基于抗连续倒塌的思想,分析了弦支穹顶局部断索后的结构性能.弦支穹顶的施工张拉模拟是结构设计的难点,本文给出了各个张拉状态的控制参数.弦支穹顶的设计中还采用整体结构模型进行分析校核.     

施工偏差随机分布对弦支穹顶结构整体稳定性影响的研究

基于概率理论,提出了适合于具有初始几何缺陷的弦支穹顶结构整体稳定性分析的施工偏差概率法,根据施工现场的误差分布特点,引入初始几何缺陷的随机分布形式,通过计算随机有限元模型,得到稳定系数样本值,并经过统计分析最终获得了具有一定可靠性的非线性整体稳定系数。以跨度93m、矢跨比1/12的优化后的弦支穹顶结构为算例,进行了考虑初始几何缺陷的非线性稳定性分析,与传统的特征值屈曲模态法和无初始几何缺陷的结果进行了对比分析,分析表明施工偏差概率法能够充分展现初始几何缺陷对弦支穹顶结构稳定性的影响,其计算稳定承载力比传统的特征值屈曲模态法低30%左右。通过对比分析,对初始几何缺陷最大值采用1.645倍的施工偏差控制限值,初始几何缺陷形状和大小更加合理,稳定分析结果偏于安全。施工偏差概率法在2008奥运会羽毛球馆弦支穹顶结构整体稳定分析中得到了良好的应用,验证了该方法的适用性。     

单层肋环型椭圆穹顶网壳整体稳定性分析

大跨网壳结构具有高度的几何非线性,结构设计一般由整体稳定性控制.本文以北京某单层肋环型椭圆穹顶网壳工程为背景,利用非线性有限元计算方法,对其整体稳定性进行了线性特征值屈曲、弹性屈曲以及弹塑性屈曲三方面的分析,并求得了它们的极限荷载.同时,还考察了钢材的屈服强度以及初始缺陷对极限荷载的影响,并将数值计算结果与拟壳法所得的设计临界荷载进行了比较,得出的结论对实际工程具有一定参考价值.     

矢跨比对弦支穹顶整体稳定性的影响

随着弦支穹顶在我国的逐步应用,其整体稳定问题日益突出.以两种矢跨比弦支穹顶为例,得出不同矢跨比弦支穹顶的缺陷敏感性规律.研究表明:进行特征值分析时,应不断调整外部荷载使结构的第一阶特征值为1.0,否则将产生虚假的特征值和屈曲模态,以及对结构的极限承载力的过高估计;矢跨比为1/10的弦支穹顶为缺陷敏感性结构,预应力的引入不足以改变其初始后屈曲性状,应严格执行网壳规范对其进行分析;矢跨比为1/15的弦支穹顶为缺陷不敏感结构,但在计算时结构不会自动进入分支路径,应以其特征值为参照,判断其失稳类型,并加入初始扰动使其进入分支路径.     

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.     

两种不同曲面形状椭圆弦支穹顶结构性能对比与弹塑性稳定分析

椭圆弦支穹顶上部单层网壳曲面形状一般为椭圆抛物面或椭球面,对比分析了两种不同曲面形状对大跨度扁平椭圆弦支穹顶结构性能的影响。研究表明,椭圆抛物面弦支穹顶的结构性能优于椭球面弦支穹顶,大跨度扁平椭球面弦支穹顶不建议采用半椭球面作为上部网壳。当大跨度扁平椭圆弦支穹顶由稳定承载力控制时,宜进行弹塑性稳定分析,按弹塑性稳定极限承载力安全系数2.0进行设计优化;不建议只进行几何非线性分析,按弹性稳定极限承载力安全系数4.2进行设计优化,这样会造成较大的经济浪费。     

2008年奥运会羽毛球馆预应力张弦穹顶结构整体稳定分析

2008年奥运会羽毛球馆屋盖结构跨度93m,矢高9.3m,矢跨比1/10,经过多轮多层次优化采用了张弦穹顶结构。对张弦穹顶和单层网壳分别进行了包括内力、节点位移、特征值屈曲和非线性屈曲的荷载位移平衡路径的跟踪分析,阐述了结构选型的依据。分别以网壳杆件内力和节点位移为目标函数编制了优化程序,研究了钢索合理预应力水平的确定方法,分析了初始几何缺陷对整体稳定的影响,提出了初始几何缺陷的合理施加方法。     

奥运羽毛球馆张弦穹顶基于整体稳定的优化设计

以2008年奥运会羽毛球比赛馆张弦穹顶结构为例,对张弦穹顶和单层网壳进行了内力、节点位移、特征值屈曲和非线性屈曲的荷载位移平衡路径的跟踪分析,阐述了张弦穹顶结构的优越性。对联方型、肋环型、肋环斜杆型张弦穹顶的分析比较表明,联方型网格经济合理,更适用于张弦穹顶结构。分析了网格密度、矢跨比、撑杆长度、初始缺陷、钢索预应力等设计参数的影响,得到了具有工程实用意义的结论。分别以网壳杆件内力和节点位移为目标函数编制了优化程序,研究了钢索合理预应力度的确定方法。     

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。     

施威德勒椭球形弦支穹顶的特征值屈曲分析

施威德勒椭球形弦支穹顶是弦支穹顶结构的一种新型结构形式,利用有限元计算软件ANSYS对椭球形弦支穹顶和单层网壳进行特征值屈曲分析。通过对不同矢跨比的对比分析,预测施威德勒椭球形弦支穹顶的屈曲特性。     

某椭圆抛物面辐射式张弦梁结构的非线性屈曲及施工仿真分析

以一31.1m×24.1m跨度的椭圆抛物面辐射式张弦梁结构为分析对象,考虑几何非线性、初始几何缺陷、材料弹塑性及活载的半跨布置,对其非线性屈曲性能进行研究。采用分批分阶段的拉索张拉施工方案,通过对张拉全过程的仿真分析,得到直接指导施工的各组拉索张拉力。研究表明:初始几何缺陷按最低阶屈曲模态分布时,稳定承载力系数并非最小;荷载不对称分布对结构的稳定性更为不利;材料非线性对结构稳定性影响较大;初始几何缺陷取短轴跨度的1/500较为适宜;各组拉索的实际施工张拉力与目标索力差别较小,张拉过程中,群索之间索力的相互影响不大。     

K6型弦支穹顶结构的静力性能分析

选用40,50,60和80m跨度的K6型弦支穹顶结构,利用大型有限元分析软件ANSYS,对结构的受力性能及结构参数如矢跨比、撑杆高度、环索布置方式、初始预应力大小等对其的影响进行了分析。研究结果表明,在上层网壳杆件压力满足要求的前提下,矢跨比宜为1/8~1/6,撑杆高度为2.5~3.0m,采用四环索布置且索的预拉力宜在200~300MPa之间。可对弦支穹顶结构静力性能分析以及更多的工程设计实践提供参考。     

某体育馆屋盖弦支穹顶的设计

弦支穹顶是由上部单层网壳和下部预应力索杆体系组成的空间结构.结合某体育馆屋盖的设计,对采用的弦支穹顶结构进行了静力分析、特征值屈曲分析、非线性屈曲分析.讨论了弦支穹顶设计的基本过程,并对索所需的预应力大小进行了分析设计.计算结果表明,弦支穹顶结构具有良好的受力性能和经济性能,满足建筑造型的要求.其设计主要由稳定性控制,同时,体育场馆的工艺,如设备分布等,对其稳定性也有一定的影响,设计时不能忽略.＃     

北京新机场装配式单层铝合金网壳结构整体稳定性能研究

以北京新机场装配式单层铝合金网壳结构作为研究对象,建立了其装配式节点——板式节点及考虑节点性能的单层铝合金网壳的有限元模型,分析了板式节点的力学性能及节点性能对单层铝合金网壳稳定性能的影响。研究表明：板式节点刚度良好,破坏表现为不锈钢拉铆钉剪切破坏、连接板拉剪破坏和杆件在螺栓孔处承压破坏;北京新机场装配式单层铝合金网壳结构的整体稳定性能良好,承载力约为刚接网壳结构的90%,满足JGJ 7—2010《空间网格结构技术规程》的要求;由于铝合金材料无明显的屈服台阶,弹性模量较小,考虑几何非线性和材料非线性的稳定承载力比仅考虑几何非线性的稳定承载力降低约30%,结构发生弹塑性失稳,结构失稳形态表现为网壳结构在靠近长轴右端出现凹陷。