叉筒网壳子结构圆柱面交叉立体桁架系巨型网格结构的稳定性研究

本文针对子结构为单层叉筒网壳的圆柱面交叉立体桁架系巨型网格结构,分析了结构的构成、形体参数、支承方式等;建立了几何非线性力学模型,编制了相应的稳定分析程序;针对本结构的特点,着重研究了结构的稳定性能、失稳形式(局部失稳与整体失稳),以参数分析的形式研究了结构局部失稳与整体失稳的关系,找出了不同跨度结构在整体与局部失稳临界状态某些参数的取值规律,并给出了整体与局部失稳状态的分界曲线,可为该结构形式的工程应用提供参考。     

四边形截面圆弧空间钢管桁架拱平面内稳定性及试验研究

通过大挠度弹塑性有限元分析研究桁架拱在集中荷载、水平均布荷载、轴线均布荷载等不同荷载形式下的失稳与破坏机理,考察截面高宽比、矢跨比、腹杆夹角、腹杆尺寸等几何参数对桁架拱稳定承载力的影响,结果表明在不同参数条件下,桁架拱可能发生弦杆局部失稳、腹杆局部失稳、整体失稳以及局部与整体相关失稳等破坏形式;与拱的整体失稳和弦杆局部失稳相比,腹杆失稳会导致承载力的大幅下降,设计中应保证腹杆不先发生破坏。在理论分析的基础上,设计4榀矩形及梯形截面空间桁架拱模型进行了平面内稳定性能试验研究,分析表明两种截面形式的桁架拱在平面内具有基本相同的刚度和承载能力,其承载力设计可以采用相同公式。最后,基于静水压力作用下桁架拱的面内稳定设计曲线,通过大量的算例分析,提出轴力和弯矩共同作用下四边形截面圆弧形空间钢管桁架拱的整体面内稳定承载力设计方法。     

不锈钢芯板结构侧压性能试验研究

通过对不锈钢芯板夹层结构的侧压性能的试验研究和理论分析,着重讨论面板厚度、芯管厚度及间距对不锈钢芯板结构侧压性能的影响。研究表明:按照不同参数设计的试件主要存在局部皱折失稳、整体屈曲失稳、局部屈曲失稳三种破坏形式,并分别与芯管纵向间距、芯层剪切模量、芯层平压模量有关。发生前两种破坏时;试件极限位移和面板极限应力小,延性差;而发生局部屈曲失稳时,试件极限位移和面板极限应力大、延性好。为避免结构侧压时发生局部皱折失稳和整体屈曲失稳,在设计中宜通过缩小芯管的纵向间距以增加芯层剪切模量。     

大型复杂结构郑成功雕塑设计关键问题研究

对泉州郑成功雕塑进行结构选型研究,选定板片空间结构组合体系作为雕塑的主体结构方案。通过结构整体稳定分析,揭示了影响结构稳定承载的薄弱环节。根据分析结果可知,郑成功雕塑结构延性较好,虽然存在局部失稳现象,但不会发生整体极值点失稳。利用反应谱分析法和时程分析法进行结构抗震分析,并将结果进行比较。对马腿及马腿基底进行精细分析,可知相比空钢筒马腿,带约束锚栓的异形钢管混凝土马腿承载力更高;马腿基底变形不可忽略。     

网壳结构考虑杆件失稳过程的整体稳定分析

通过引入杆件初始缺陷的方法对杆件失稳过程及其对网壳结构整体稳定性能的影响进行分析。首先研究杆件的单元划分数量和缺陷幅值对杆件稳定承载力的影响,提出合理的缺陷幅值。进而计算分析了世博轴阳光谷网壳结构杆件失稳过程中的内力变化及对结构整体稳定性能的影响。结果表明,结构非对称、杆件截面有强弱轴的网壳结构易引起杆件失稳,网壳结构整体稳定分析中可通过对杆件施加初始缺陷有效地考虑杆件失稳对整体稳定性能的影响;对整体失稳之前存在杆件失稳的网壳结构,有必要引入杆件初始缺陷考虑杆件连续失稳的影响。最后提出了网壳结构稳定分析的合理计算流程。     

世博轴阳光谷钢结构稳定性分析

世博轴阳光谷单层空间网格结构曲面形状复杂、几何尺度大、悬挑跨度大,其整体稳定性是结构分析与设计中的关键问题之一。分析以特征值屈曲模态作为初始几何缺陷分布形式的合理性,通过非线性有限元分析系统考察了阳光谷单层网格结构的整体稳定性能,并研究了单根杆件失稳对结构整体极限承载力的影响。分析结果表明：几何非线性以及几何、材料双重非线性临界屈曲承载力均满足相关规范要求,阳光谷钢结构具有良好的整体稳定性;阳光谷钢结构对几何初始缺陷不敏感,阳光谷上由索膜结构传来的索拉力可进一步降低其缺陷敏感性;局部杆件的失稳退出工作并不会导致结构整体承载力的突然丧失,整体结构具有良好的承载能力。图7表6参7     

初始几何缺陷对大跨张弦桁架结构整体稳定的影响研究

张弦桁架结构在大跨空间结构中应用越来越广泛,如何确保此类结构的整体稳定性是钢结构领域面临的重要课题。首先以某185 m跨张弦桁架柱面煤棚为背景,分析了满跨活荷载、半跨活荷载和风荷载作用下不同初始缺陷对该结构整体稳定性能的影响,发现在该结构设计中,以理想结构的静力失稳模态作为结构的初始几何缺陷,比"一致缺陷模态法"对结构的整体稳定性有更显著的影响。再建立跨度为120,140,160,180,200 m的类似柱面张弦桁架模型并分别分析其整体稳定性。研究结果表明:此类张弦桁架结构对初始缺陷不敏感,静力失稳模态作为初始缺陷与一阶模态相比更加不利。     

双曲冷却塔结构规范静风稳定对比

以参数分析为基础,对中、英、德双曲冷却塔结构设计规范静风稳定条款进行了对比,比较了整体稳定公式参数取值的差异和影响;以多座不同高度的双曲冷却塔为例,分别采用中、英、德规范计算整体稳定和局部稳定因子.结果表明:当中国规范采用塔顶迎风点风荷载标准值作为整体稳定参考风压时,中、英、德规范得到的整体稳定因子才基本一致,整体稳定...     

高支撑体系抗侧刚度对结构稳定性的影响分析

高支撑体系主要应用在大跨度、大空间结构中,由于其抗侧刚度不足,易发生整体失稳.为了解决高支撑体系失稳问题,应用钢结构稳定理论,对其整体稳定进行研究.首先研究高支撑体系抗侧刚度对其稳定性的影响,其次对不同抗侧刚度的高支撑体系进行有限元分析.结果表明,高支撑体系的抗侧刚度决定其整体稳定性.因此在工程中设计高支撑体系时,必须根据建筑结构的特点,选择合理的侧向支撑形式,提高其抗侧刚度.     

基于压杆失稳的张拉整体结构极限承载力

张拉整体结构是连续的拉索和不连续的压杆所构成的自应力平衡体系,由一系列张力索和受压杆件组成,具有较少的赘余单元,是极其高效的结构形式.张拉整体结构的压杆是"张力海洋中的孤岛",显然,压杆是不可或缺的组成部分,起着十分重要的作用.压杆的失稳将导致结构的失效.本文根据非线性有限元理论研究讨论基于压杆失稳的张拉整体结构极限承载能力.文中结合平面尺寸为2m×2m的平板型张拉整体结构的模型试验,进行了理论计算与试验结果分析比较,为张拉整体结构应用于实际工程提供一定理论依据.     

Out-of-plane elastic buckling load and strength design of space truss arch with a rectangular section

The out-of-plane stability of the two-hinged space truss circular arch with a rectangular section is theoretically and numerically investigated in this paper. Firstly, the flexural stiffness and torsional stiffness of space truss arches are deduced. The calculation formula of out-of-plane elastic buckling loads of the space truss arch is derived based on the classical solution of out-of-plane flexural-torsional buckling loads of the solid web arch. However, since the classical solution cannot be used for the calculation of the arch with a small rise-span ratio, the formula for out-of-plane elastic buckling loads of space truss arches subjected to end bending moments is modified. Numerical research of the out-of-plane stability of space truss arches under different load cases shows that the theoretical formula proposed in this paper has good accuracy. Secondly, the design formulas to predict the out-of-plane elastoplastic stability strength of space truss arches subjected to the end bending moment and radial uniform load are presented through introducing a normalized slenderness ratio. By assuming that all components of space truss circular arches bear only axial force, the design formulas to prevent the local buckling of chord and transverse tubes are deduced. Finally, the bearing capacity design equations of space truss arches are proposed under vertical uniform load.     

北戴河站无柱雨棚钢管桁架结构的整体稳定分析

钢管桁架在大跨度结构中应用日益广泛,其整体稳定性是设计者必须考虑的关键问题。结合一工程实例,采用有限元分析软件ANSYS对单榀桁架的整体稳定性进行了线性屈曲分析和非线性屈曲分析,考虑了不同初始几何缺陷的影响,并将计算结果与简化算法的结果进行了比较,为同类结构的设计提供了参考。     

某体育场罩棚钢结构设计

某体育场钢结构罩棚采用大悬挑空间管桁架结构,共有48榀大悬挑桁架呈双轴对称分布。对罩棚进行刚性模型的风洞试验以确定风荷载计算参数;依据《场地安全性评估报告》确定地震计算参数。针对悬臂桁架稳定性差的特点,采取相邻桁架柱交叉布置、设置竖向支撑、设置大刚度环形桁架和圆钢管檩条等措施,保证罩棚结构的整体稳定性。悬挑桁架支撑支座采用销节点,以适应其变形特点。对该结构进行弹性分析、线性屈曲分析、几何和材料非线性屈曲分析和破坏性分析,可供同类工程参考。     

管桁架的平面外稳定问题的研究

对立体桁架进行了特征值屈曲分析和非线性屈曲分析,研究其屈曲过程。然后研究了平直立体桁架和拱形立体桁架中,各自几何参数对平面外稳定的影响。最后,得出一些对于管桁架侧向稳定研究有参考价值的结论。     

Stability of a cylindrical ILTDBS reticulated mega-structure with single-layer LICS substructures

For a cylindrical intersecting-latticed-three-dimensional-beam-system (ILTDBS) reticulated mega-structure with single-layer latticed-intersected-cylindrical-shell (LICS) substructures, the formation method, form parameters, support styles, and the method of connecting substructures with the main structure are studied first in this paper. Then the geometrically nonlinear mechanical model and stability analysis program are developed, and the stability of the structure is investigated. According to the formation characteristics of the structure, the buckling modes (overall buckling and local buckling) as well as ultimate bearing capacities are studied in detail and the relationship between overall buckling and local buckling is investigated through parametric analyses. Laws of determination of various parameters of the structure with different spans on the critical state between overall and local buckling are obtained. The work will provide guidance in theory for practical applications of this kind of structure.     

纯压圆弧形钢管桁架拱平面内稳定性能及设计方法

目前针对钢管桁架拱平面内稳定性能及承载力的研究较少,缺少相应的设计方法。提出了钢管桁架拱截面剪切刚度表达式,考虑剪切变形的影响推导了纯压两铰圆弧桁架拱屈曲荷载的简化计算公式以及换算长细比表达式。基于有限元方法,全面分析了截面高宽比、矢跨比、腹杆夹角及腹杆截面尺寸等不同参数对平面桁架拱和空间桁架拱弹性屈曲性能的影响,结果表明采用简化公式与有限元分析结果吻合良好。借鉴实腹拱和格构柱的稳定设计方法,采用大挠度弹塑性有限元法系统研究了平面及空间纯压桁架拱的相关稳定承载力,发现节间弦杆长细比与桁架拱整体长细比的比值是衡量局部稳定对整体稳定影响的关键参数,在此基础上提炼出纯压桁架拱的相关作用影响系数,并拟合得到了纯压桁架拱的稳定设计曲线,从而为一般荷载作用下压弯桁架拱的稳定承载力的设计奠定了基础。     

Stability analysis of prestressed space truss structures based on the imperfect truss element

Prestressed space truss structures have been widely used in various public buildings in recent years. However, because of its large span, the length of its members also increases. Therefore the member initial curvature will probably affect the stability of the structure. This paper focuses on the truss element with initial geometrical imperfection under high axial load. The relation between axial force and deformation, the expression of axial tangent stiffness, and the concept of initial curvature coefficient for truss element are established. With the example of prestressed cable-stayed arch-truss structure, the influence of member initial curvature on nonlinear stability performance of the structure under various prestress values is studied. The result indicates that member initial curvature has little influence on global stiffness of the structure before buckling, but has great influence on the performance of the structure after buckling and on limit load of the structure. Under different prestress values, the limit load-member initial curvature curves are parallel and almost linear. The proposed method in this paper can be widely applied into nonlinear stability analysis of various prestressed space truss structures with large span, so that the influence of member initial curvature on structural stability can be estimated.     

大跨度斜拉立体桁架的极限承载力及影响因素分析

本文针对常用的斜拉立体桁架两塔柱三跨结构形式,基于UL列式,采用混合有限元,分别按空间（面外自由）和平面（面外自由度约束）两种模型,进行了线性、几何非线性、材料非线性以及同时考虑两种非线性的屈曲分析和比较,得出了结构的极限承载力。研究表明,空间模型比平面模型的安全因子低。线性屈曲和只考虑几何非线性屈曲两种模型的安全因子差别较大,而考虑材料非线性和双重非线性两种模型的安全因子比较接近。几何非线性对斜拉立体桁架的极限承载力影响较小,其结构极限承载力主要由材料非线性控制。立体桁架的塑性部位出现在塔柱附近的腹杆和弦杆,以及跨中附近的弦杆以及拉索附近的弦杆。此外,探讨了塔高、桁架高度、索距以及拉索刚度对结构极限承载力的影响,其中索距对结构的极限承载力影响最大。