基于节点构形度均衡化的单层网壳结构优化设计研究

为实现网壳结构节点连接能力的均衡分布,改善结构性能,提升其极限承载力.基于构形易损性理论建立了衡量结构节点构形度差异性的评价指标,用以评价结构节点连接性能的差异性.在此基础上,将构件截面尺寸作为优化变量,以节点构形度差异系数最小化为优化目标,并考虑结构位移、构件长细比、强度及稳定性等约束条件,采用粒子群算法优化结构构件...     

单层柱面网壳结构的找形

该文研究刚性网壳结构的合理找形问题,将柔性结构中广泛应用的找形概念引入刚性结构,提出基于力密度法的单层柱面网壳结构的找形方法。通过在找形过程中引入自重,解决了高斯曲率为零的柱面网壳的找形问题,且通过合理找形可基本消除自重引起的弯矩和剪力。找形得到的网壳结构与传统柱面网壳在曲面外形上比较相近,但可大幅度提高单层柱面网壳结构的承载能力。该文提出的找形方法效率高、收敛性好,为单层柱面网壳结构的设计开拓了新的方法和思路。     

单层球面网壳的优化设计

本文以网壳的矢高，网格数，杆件截面积，球节点的体积为设计变量，以总造价最低为目标函数，采用直接搜索法与准则法有机结合的综合优化设计方法，按规范要求对网壳结构的外形及杆件的截面积进行优设计，并考虑了竖向和水平地震作用。     

单层柱面网壳结构抗风敏感度研究

以风敏感度概念为基础,对结构风敏感度计算理论中的若干关键问题进行探讨,并对相关计算方法进行改进,推导了背景效应系数、耦合效应系数以及系统应变能等公式。以单层柱面网壳结构为研究对象,系统研究了跨度、杆件截面、矢跨比、约束形式等参数对结构风敏感度的影响,建立了单层柱面网壳结构风敏感度分级体系。研究发现:单层柱面网壳结构风敏感度主要受结构刚度和振动模式的影响,实际设计中可通过结构自振基频、矢跨比和约束形式三个参数来判断;以结构自振基频等于1.5 Hz作为分界线,小于该值时结构共振响应较大,需进行结构动力分析,大于该值时结构以背景响应为主,据此提出了以背景响应为基础的简化风致振动计算方法。     

风荷载下单层柱面网壳的动力稳定

以一单层柱面网壳为例,利用Budiansky-Roth准则研究空间结构在风荷载下的动力稳定性。介绍了Budiansky-Roth准则,通过风洞试验获得单层柱面网壳上的风荷载并研究其动力稳定性,讨论了初始几何缺陷、风向角和风压系数的影响,并将动力失稳分析结果与我国规范和阵风响应因子法（GRF法）计算动力响应导致结构破坏的方法作了比较。研究结果表明,空间结构进行风荷载下的稳定性设计时有必要研究其在风荷载下的动力稳定性。     

单层柱面网壳结构的抗震性能研究

本文以单层柱面网壳为研究对象,针对结构参数（矢跨比、荷载、长跨比和支承刚度等）,系统研究了各参数对结构自振特性及地震响应的影响,得出了四边支承的单层柱面网壳应同时考虑竖向地震和水平地震作用的结论,并建议用时程法进行抗震分析。文中结构对实际工程有指导意义。     

风雪耦合作用下单层柱面网壳的动力稳定

强风带动积雪漂移可能使结构处于稳定最不利状态,而目前在这方面的研究很少。该文研究一单层柱面网壳在风雪耦合作用下的动力稳定性。首先阐述风雪耦合作用下动力稳定性的研究方法,然后介绍风雪耦合作用的数值模拟,并通过风洞试验获得网壳表面的非定常气动力,最后分析了风雪耦合作用下单层柱面网壳的动力稳定。研究表明,斜风作用和不均匀分布...     

基于构形易损性理论的单层网壳结构静力稳定性研究

经典构形易损性理论基于结构初始构形度,无法考虑荷载、约束等外在因素,但网壳结构的稳定性却与上述因素密切相关。在经典构形度的基础上,该文创新地引入几何刚度矩阵,提出了可以考虑荷载条件、几何非线性及约束的节点构形度计算方法。在此基础上,分析引入几何刚度矩阵前后节点构形度的变化梯度,识别了球壳结构的最不利稳定荷载模式并揭示了失稳机理。最不利稳定荷载模式具有构形度变化梯度显著、稳定承载力最低的特征。对于球壳结构,顶点集中荷载为最不利荷载模式。点失稳、局部失稳以及整体失稳模态均与构形度变化梯度相联系。当受荷点及其周边节点构形度显著退化时,结构发生点失稳破坏,对应顶点集中荷载模式;当部分节点区域构形度明显退化时,结构呈现局部失稳的模态,对应半跨均布荷载模式;当所有节点构形度发生同等程度的退化时,结构发生整体失稳,对应满跨均布荷载模式。     

单层柱面网壳强震失稳分析中考虑节点刚度影响的简化模型研究

在进行单层柱面网壳强震失稳分析时,采用能考虑球节点轴向刚度和弯曲刚度耦合的壳单元精细化模型固然好,但是壳单元模型的单元数目太多,相对于一般的梁单元简化模型的计算量是非常大的。然而,一般简化模型由于不考虑节点刚度的影响,强震下地震响应分析的结果误差又较大。因此,在简化网壳模型的基础上建立了能等效精细化网壳模型的相对简化模型,此模型在节点区域用梁单元代替空心球节点,通过减小节点区杆件的刚度,可以明显改善模型的分析精度,而且采用模型后计算量增加不大,所以此模型更适合进行此类结构的强震失稳分析。     

摩擦摆隔震单层柱面网壳地震响应试验研究

为研究摩擦摆支座应用于大跨网壳结构的隔震效果以及地震动空间效应对隔震网壳的影响,设计并完成了多点输入的摩擦摆基础隔震单层柱面网壳缩尺模型振动台试验。选用小幅值正弦波和不同频谱特性的3组实际地震波记录,包括不同烈度、不同维度以及不同视波速激励。对模型隔震前后的动力特性和结构位移、加速度及杆件应变等响应进行对比分析。试验还进行了小型摩擦摆支座力学性能的拟静力测试。研究表明:摩擦摆支座有效地延长了隔震体系的自振周期,网壳屋盖趋于整体平动,所受水平地震作用烈度相当于降低1~2度,隔震效果明显。在行波激励下,结构响应沿地震波传播方向逐渐相对增大,结构有轻微的转动。     

考虑节点偏差、杆件缺陷与偏心的单层三向柱面网壳稳定性研究

单层柱面网壳属于缺陷敏感型结构.为了理清节点偏差、杆件缺陷与杆件偏心对其稳定承载能力的影响程度:提出了能同时考虑三种缺陷的力学模型,并详细阐述了各种缺陷的实现方法;深入研究了三种缺陷及其耦合作用对柱面网壳稳定承载能力的影响规律;提出了确定三种缺陷最不利组合形式的方法.主要得出如下结论:柱面网壳稳定承载能力对节点偏差最为...     

铝合金单层球面网壳的非线性稳定分析

以K8型单层球面网壳结构为例,采用有限元分析软件ANSYS进行建模和计算,对铝合金网壳进行了几何非线性稳定分析,讨论了矢跨比、荷载分布形式、初始缺陷和支承条件对网壳稳定性承载力的影响。通过与钢网壳比较,得到了一些关于铝合金单层球面网壳稳定性的结论,可为相关的工程设计提供参考。     

张弦双向网格型单层柱面网壳稳定性及可靠度分析

在双向网格型单层柱面网壳面外布置弦杆和拉索形成张弦结构体系,有效地增强了结构的承载能力。该文针对40 m、50 m、60 m跨度网壳,分析了网壳随预应力、矢跨比、初始缺陷以及拉索强度等参数变化对结构静力稳定性能的影响,并结合100 m和120 m大跨度网壳算例,论证了该结构体系的实用性。基于ANSYS和MATLAB响应面法,分析了网壳在承载力失效和变形失效两种失效形式下的的可靠度,获得了失效概率、可靠指标及其灵敏度和相关性。结果表明,布置弦杆和拉索后结构稳定承载力最大可提高744%。100 m跨度网壳的稳定承载力的失效概率为1.026 54×10?1,其可靠度相对较低。跨度小于60 m网壳的稳定承载力和变形的失效概率极小。网壳中拉索强度是影响结构稳定承载力的主要因素,大跨度网壳中拉索的影响相对减弱。拉索强度及弦杆内、外径对结构变形均产生一定影响。     

焊接球节点单层球面网壳精细化动力分析

单层球面网壳几何非线性影响较为明显,强烈地震作用下有发生动力失稳破坏的可能,节点和杆件在强震作用下会发生较大塑性变形和损坏,从而影响整体结构的抗震能力,因此网壳结构引入节点建模的精细化动力分析尤为重要。而传统单层网壳的分析常把焊接球节点假设为完全刚性节点,未考虑节点弯曲刚度、轴向刚度以及扭转刚度的影响,会过高的估计结构抗震承载力,使结果偏于不安全。采用ANSYS软件中的SHELL181壳单元建立了一个跨度为6 m的K6(2)型包含焊接空心球节点的精细化网壳模型,研究了网壳的频谱特性、水平和三向地震作用下的承载力,以及节点壁厚变化对动力极限承载力的影响。结果表明,节点的塑性发展会影响网壳的动力稳定性,在满足节点壁厚与杆件壁厚比大于1.5时,节点刚度变化对动力极限承载力影响较小。     

铝合金板式节点单层球面网壳的自振特性研究

为了研究K6型和K8型铝合金板式节点单层球面网壳的自振特性,采用有限元软件ANSYS进行了大规模有限元分析,分析中考虑了矢跨比、跨度、屋面荷载、跨厚比、网格密度、约束条件等参数的影响。基于有限元分析结果,拟合得到了不考虑节点刚度影响时单层球面网壳的基本自振频率估算公式。考虑板式节点刚度的影响,引入基频放大系数,进一步提出了考虑板式节点刚度影响的网壳基频估算公式。将所提出的估算公式的计算值与某铝合金板式节点网壳的实测基频进行了比较,结果吻合良好,证明了公式的有效性。     

单层网壳的稳定性分析

本文用广义逆矩阵方法分析了单层网壳的稳定性问题。由工程应变推导出几何非线性的切线刚度矩阵,并给出判断分歧点与极限点的准则,最后用一数值例题说明该方法的分析过程。     

嵌入式毂节点刚度及其单层球面网壳承载力研究

嵌入式毂节点是我国自行设计研制出来的一种新型装配式节点,具有施工方便、外形流畅、定位精度高等优点,属于典型的半刚性节点。但目前对此类节点的研究尚不够深入,现有规范尚未涉及此类半刚接单层球面网壳的相关理论计算公式和设计要求。基于此,采用ANSYS软件建立了嵌入式毂节点的精细化模型,基于幂函数模型拟合了节点的弯矩-转角公式,同时,探讨了不同跨度和矢跨比下节点刚度对单层球面网壳稳定承载能力的影响。研究表明:嵌入式毂节点在平面外弯曲时的弯矩-转角曲线以及在扭转作用时的扭矩-转角曲线均与幂函数模型吻合良好;网壳结构承载力对节点弯曲刚度的敏感程度要大于节点轴向刚度,且极限承载力对节点刚度的敏感程度会随着结构跨度或矢跨比的增大均呈现减弱的趋势。     

单层网球壳节点刚性反应的研究

本文引入α系数模拟球节点的刚性反应，采用空间梁单元有限元法，按照《钢结构规范》要求，对联方型和凯威特型单层网悫进行杆件内力计算分析，得出了单层网壳由刚性连接到趋于柔性连接整个过程的内力变化规律，为空间单层球面网壳的优化设计提供了参考。     

单层穹顶网壳在地震作用下的动力稳定分析

根据网壳结构的力学稳定判别准则，分析了单层穹顶网壳在ｐａｓａｄｅｎａ波（取不同时间压缩化）作用下的稳定性能，并将其动力稳定临界荷载与静力临界荷载相对比，得出一些重要结论。     

基于构形度的强震下单层球壳结构倒塌模式优化研究

基于杆系结构构形易损性理论,以构形度标准差最小为目标函数,以构件截面尺寸为优化变量,并考虑长细比、挠度、杆件强度及稳定约束条件,建立了单层球壳结构构形度优化模型。将遗传算法和模拟退火算法作为子算法,基于混合策略构造出遗传-模拟退火算法(GASA),并采用自适应策略降低算法对优化参数的依赖性。以跨度70m的单层球壳结构为例,通过凝聚过程分析识别结构存在的构形度不均匀区域。采用GASA算法对该区域的杆件截面进行构形度优化。通过对优化后结构凝聚过程分析和地震动力时程分析,表明优化模型和优化算法可以有效的解决优化变量繁多的大型单层球壳结构地震作用下倒塌模式的优化问题。