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。     

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。     

具有随机几何缺陷的大跨度单层球面网壳稳定性分析

网壳结构的稳定性是单层网壳结构设计中的关键问题。采用改进随机缺陷法对一大跨度K8型单层球面网壳进行随机缺陷稳定性分析,并研究非线性（几何非线性、材料非线性）、缺陷最大值等因素对单层网壳承载能力和临界荷载分布规律及其统计参数的影响。结果表明,单层球面网壳的临界荷载对曲面形状的安装偏差非常敏感,初始几何缺陷的影响非常大。缺陷最大值的增大将会使样本的最大值、最小值、均值及设计临界荷载显著下降,缺陷最大值对样本均方差的影响较复杂。材料非线性对大跨度单层球面网壳极限承载力的影响比较显著和复杂,对同一样本的影响有规律可循,但在不同样本之间没有必然的联系,在单层网壳结构设计中进行弹塑性稳定性分析是非常必要的。     

冲击作用下单层柱面网壳的失效模式

为探讨单层柱面网壳在冲击荷载作用下的破坏过程、动力响应及失效模式,应用ANSYS/LS-DYNA建立20m跨度三向网格型单层柱面网壳模型,并对其进行冲击荷载作用下的全过程仿真模拟.通过对特定算例的分析,展示冲击荷载下网壳的破坏过程及结构的动力响应.根据结构破坏过程及最终形态提出单层柱面网壳在冲击荷载作用下的失效模式,并与单层球面网壳的分析进行对比.     

节点刚度对四边支承单层柱面网壳稳定性的影响

利用ANSYS有限元软件建立了半刚性节点单元模型,对四边支承单层柱面网壳进行了几何非线性全过程分析,主要考察考虑初始几何缺陷和荷载不对称分布情况下,节点刚度变化对柱面网壳稳定性的影响规律.研究结果表明,四边支承单层柱面网壳当缺陷相同时,刚度减弱,极限荷载下降,且抗弯刚度的影响较强;缺陷增大,扭转刚度对四边支承柱面网壳的影响增强;同一刚度下,随着缺陷的扩大,极限荷载呈下降趋势,随着刚度的减小,缺陷对网壳极限荷载的影响程度减弱;荷载不对称分布导致四边支承柱面网壳结构极限荷载降低至对称荷载作用情况的80％左右,缺陷变化使得节点刚度对极限荷载的影响程度有所改变,但对承载力终值影响不大.     

铝合金球面网壳结构弹塑性稳定性研究

对铝合金球面网壳结构弹塑性稳定性能进行有限元研究,分析了网壳的失稳模态、变形、应力分布和极限承载力。通过参数分析,了解跨厚比、矢跨比、杆件长度、材料非线性、荷载分布模式、支承条件和初始缺陷对铝合金球面网壳整体稳定承载力的影响。最后,提出了铝合金球面网壳稳定承载力的安全系数设计方法。结果表明:对于铝合金球面网壳,JGJ 7—2010《空间网格结构技术规程》给出的安全系数K=4.2偏大。     

铝合金柱面网壳结构弹塑性稳定性研究

对铝合金柱面网壳结构弹塑性稳定性进行了系统的研究,设计了符合实际工程应用的55例铝合金柱面网壳。通过ANSYS有限元软件对柱面网壳进行弹塑性全过程分析,分析了跨厚比、矢跨比、材料非线性、荷载分布模式和初始缺陷对柱面网壳整体稳定承载力的影响。根据初始缺陷不同、作用荷载不同等设计了660例柱面网壳,并对其进行有限元分析,提出了柱面网壳弹塑性整体稳定设计方法。     

单层网壳结构稳定分析中初始几何缺陷最大值的研究

初始几何缺陷的分布模式与大小对单层网壳的稳定性有较大影响.采用随机缺陷模态法,对K8型单层网壳进行了1 200例模型结构的弹塑性荷载-位移全过程分析.综合考虑结构的受力状态、初始几何缺陷对结构稳定的影响程度以及实际施工情况等因素,提出了初始几何缺陷最大值的合理取值.研究表明:随着初始几何缺陷最大值的不断增加,单层网壳结构受力状态由以薄膜内力为主逐渐向以弯曲内力为主转变,当初始几何缺陷最大值增大至跨度的1/300时,结构的受力状态不再以薄膜内力为主;若以轴向应力为主杆件的弯轴应力比统计均值不大于0.25,且其所占有效杆件的百分比统计均值不少于70％时,可认为结构的受力状态是以薄膜内力为主;当缺陷影响系数取0.5时,初始几何缺陷对结构稳定性能的影响显著;初始几何缺陷最大值取跨度的1/500较为合理.     

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。     

单层柱面网壳的稳定性（上）

本文有计划地对３８０例实际尺寸的单层柱面网壳进行了荷载－位移全过程分析，求得了它们的极限承载力。系统地考察了四边支承柱面网壳的矢宽比（矢高与波宽之比）和长宽比（长度与波宽之比）这两个主要几何参数对网壳稳定性能的影响；还系统考察了网壳初始几何缺陷和荷载不对称分布对其稳定性能的影响。通过这种大规模参数分析方法，较好地掌握了单层柱面网壳稳定性能的规律，在此基础上提出了供设计使用的实用公式。     

点支承两向叉筒单层网壳结构非线性动力稳定分析

稳定性能是单层网壳结构设计的主要控制因素,动力稳定是单层网壳稳定性能的重要组成部分.本文利用非线性有限元理论对点支承两向叉筒单层网壳在地震荷载作用下的动力稳定性进行了分析.在数值分析过程中,利用比例法调整地震作用的峰值加速度,采用B-R准则判定结构的动力稳定临界荷载.通过分析对点支承两向叉筒单层网壳的动力稳定特性有了较全面的了解.     

基于APDL的网壳结构非线性稳定分析

简述了网壳结构稳定问题的非线性特性,并基于ANSYS参数化设计语言(APDL),采用有限元非线性分析理论对网壳结构的整体稳定进行全过程分析.选用弧长法求解非线性方程,得到该网壳结构整体稳定的全过程荷载一位移曲线,并可得临界荷载,为网壳结构的设计和分析提供了有价值的参考.同时,在整个程序编制过程中显示出APDL语言在结构...     

点支承两向叉简单层网壳结构非线性动力稳定分析

稳定性能是单层网壳结构设计的主要控制因素，动力稳定是单层网壳稳定性能的重要组成部分．本文利用非线性有限元理论对点支承两向叉简单层网壳在地震荷载作用下的动力稳定性进行了分析．在数值分析过程中，利用比例法调整地震作用的峰值加速度，采用B—R准则判定结构的动力稳定临界荷载．通过分析对点支承两向叉筒单层网壳的动力稳定特性有了较全面的了解．     

采用新型阻尼杆的双层柱面网壳结构减震分析与试验研究

为了检验用新型阻尼杆件替换网壳结构部分杆件后的减震效果,设计了适合网壳结构的新型孔隙式粘滞阻尼杆,在拟动力装置上进行了新型孔隙式粘滞阻尼杆的性能测试。在此基础上设计制作了双层柱面网壳结构模型,进行了新型阻尼器杆件替换网壳杆件减震的振动台试验。在替换杆件不多的情况下,各点的位移、加速度和内力减震60%左右,说明新型孔隙式粘滞阻尼杆减震策略有效、可行。理论分析和试验结果较为接近,最大误差10%。     

预应力双层柱面网壳整体稳定性分析

双层柱面网壳结构是一种新型空间网壳结构,近几年得到快速发展,相关理论也更加成熟.但是预应力双层柱面网壳的研究却不多,理论计算分析也不完善,尤其对其稳定性的研究更是少之又少.利用有限元法,考虑不同矢跨比、荷载分布及预应力水平对预应力双层柱面网壳稳定性的影响,并与对应的双层柱面网壳结构进行对比,分析预应力作用下网壳的稳定特性.     

网壳结构寿命周期总费用的计算方法研究

现代结构系统在灾害中产生巨大经济损失的特点,使人们意识到在结构设计之初就对结构的寿命周期总费用进行有效评估、并反过来指导工程设计具有重要意义。对网壳结构寿命周期总费用的计算方法进行研究,分别提出初始造价、维护费用和失效损失的计算公式,并考虑寿命周期内网壳结构可能受到的荷载发生的概率,建立寿命周期总费用的计算方法,编制网壳结构寿命周期总费用的计算程序。通过一具体的网壳结构工程算例验证上述方法和程序的有效性。研究结果表明,网壳结构初始造价的追加投资会由于结构使用过程中失效损失费用的减小而得到补偿,而寿命周期总费用最小正是结构设计的最优状态,按照现行规范设计方法得到的结构配置方案不一定是寿命周期总费用最小的方案。     

台风作用下网壳结构的风振响应分析

网壳结构的大空间曲面形状特点使得其在台风作用下的风振响应比较复杂,为了克服尺寸效应的影响,得到网壳结构表面风荷载分布规律,在计算流体力学(CFD)和FLUENT技术的基础上,利用常规湍流强度、田浦湍流强度以及石沅湍流强度的计算方法,对某组合网壳结构进行了台风作用下风场的数值模拟,通过分析其表面风荷载分布特性和不同风向攻角作用下组合网壳结构的表面风荷载,确定了组合网壳结构的风压分布规律、表面风压系数分布,最后得到网壳结构的风敏感部位,可以为工程前期抗风设计提供参考。     

焊接空心鼓节点在单层网壳结构中的应用研究

通过对一具有足尺节点的单层球面网壳模型静力试验和非线性有限元计算 ,分析了焊接空心鼓节点的刚度对单层网壳结构受力性能的影响 ,研究了该类节点的网壳结构非线性计算模型的适用性 ,并对焊接球承载力进行了修正 ,对于焊接空心鼓节点在网壳结构中的推广应用有实际意义     

大跨度非规则单层折板网壳结构动力稳定性分析

以一实际工程为背景,采用结构最大Z向位移为特征变量,研究了大跨度非规则折板网壳结构在三向地震作用下的动力稳定性能,并考查了初始缺陷、支座形式和屋面支承方式等不同参数变化对单层折板网壳结构动力稳定性能的影响,得出了对该类结构动力稳定性分析设计的有益结论。     

单层网壳结构弹塑性稳定性和优化设计研究

以民航博物馆不规则连续单层网壳结构为例,对单层网壳考虑弹塑性稳定性和优化设计进行探讨。比较了各荷载工况作用下的几何非线性极限承载力、弹塑性非线性极限承载力与荷载标准值之比和线弹性外力势能的分布规律,初步探讨了在诸多荷载组合工况中选择单层网壳结构弹塑性稳定极限承载力控制工况的方法。探讨单层网壳考虑弹塑性稳定优化设计的实用简化方法,提出了杆件截面优化的应力比缩减分层法,使复杂的优化设计问题简单化。