单层椭圆抛物面网壳结构非线性整体稳定研究

以具有实际工程意义的30 m×30 m跨度的单层椭圆抛物面网壳为研究对象,利用ABAQUS有限元程序对网壳的非线性整体稳定性能进行系统的分析,同时考虑矢跨比、初始几何缺陷、约束条件等因素对该网壳稳定性的影响.考察网壳的屈曲模态、屈曲路径,求出了全过程曲线和极限稳定承载力,全面了解单层椭圆抛物面网壳整体非线性失稳的规律性.研究表明:网壳极限承载力随着结构矢跨比的增加而逐渐增大;对竖向荷载的不对称分布和初始几何缺陷比较敏感,半跨竖向的屈曲荷载仅为满跨竖向的70%;支座刚度的增大可适当提高网壳的极限承载力.     

钢-混凝土组合肋壳双重非线性稳定

对新型混凝土薄壳——球面钢-混凝土组合肋壳进行双重非线性稳定研究,考虑几何和材料双重非线性的影响,通过结构受力全过程分析,确定其极限承载力,并系统考察了分割频数、矢跨比和初始缺陷等因素对结构弹塑性稳定性能的影响,详细讨论极限荷载变化以及失稳区域的分布情况.通过大规模参数分析研究,较全面揭示了新型壳体结构的弹塑性稳定性能的规律性,得到各种情况下弹塑性极限承载力的变化趋势和结构的失稳形式,确定考虑初始缺陷影响后,极限承载力下降程度.     

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.     

斜靠式钢管混凝土异形拱桥非线性稳定分析

斜靠式拱桥是在无风撑拱桥基础上发展起来的一种新型拱桥结构型式.针对此类钢管混凝土异形拱桥的特点对其非线性稳定求解机理和方法进行了分析介绍,以一座拟建的大跨径斜靠式拱桥为例,采用通用程序ANSYS建立该桥的空间有限元计算模型,分工况对其成桥状态进行了线弹性、几何非线性和双重非线性稳定分析计算.同时分析了其主要结构参数(矢跨比、斜拱倾角、横撑数量及位置)对非线性稳定性的影响.计算分析发现:斜靠式拱桥的失稳形式一般表现为面外拱肋侧倾失稳;几何非线性对斜靠式拱桥稳定极限承载力影响较小,要准确的分析其稳定极限承载力必须采用双重非线性的分析方法;横向静风和桥上荷载分布对结构稳定有一定影响而对结构变形影响显著;结构稳定性与矢跨比和斜拱倾角增加均成正比,靠近拱脚和L/4处横撑对结构稳定性影响较大.     

有初始几何缺陷混凝土系杆拱桥极限承载力分析

分别采用线弹性分析方法、几何非线性分析方法、材料非线性分析方法及双重非线性(几何非线性和材料非线性)四种不同分析方法对某系杆拱桥进行极限承载力分析.通过比较四种方法的分析结果,研究非线性对于分析结果的影响.采用考虑双重非线性的分析方法对存在初始缺陷的系杆拱桥进行极限承载力分析.结果表明:此类拱桥应以双重非线性分析方法进行极限承载力分析计算;面内初始几何缺陷对极限承载力的影响要比面外初始几何缺陷的影响大;面外初始几何缺陷对于系杆拱桥极限承载力不会产生较大影响;我国规范所给拱肋施工允许偏差可适当放宽,同时对于轴线横向偏位的允许范围应该大于竖向偏位的允许范围.     

多跨系杆拱桥极限承载力影响因素

为求得多跨系杆拱桥的稳定系数和安全储备,建立了多跨系杆拱桥的空间有限元模型.通过特征值屈曲分析,得到了成桥状态各工况的稳定系数,并分析了横撑刚度和数量对稳定系数的影响.考虑材料非线性和几何非线性的极限承载力分析,得到了成桥状态的活载稳定系数和恒载稳定系数,并分析了风荷载、温度作用、荷载布置和初始缺陷对稳定系数的影响.分析结果表明,特征值屈曲分析可以提供结构极限承载力的合理估计,横撑刚度对结构稳定系数的影响较横撑数量的影响要大;极限承载力分析过程中主拱四分点部位和跨中部位首先进入塑性状态,静风荷载对结构稳定系数的影响较温度作用和初始缺陷的影响要大.     

LNG储罐穹顶带钢板网壳施工全过程稳定性分析

为分析带钢板网壳在穹顶混凝土施工全过程期间的稳定性能与承载能力,利用ANSYS有限元分析软件建立精细化有限元模型,对其进行非线性荷载-位移全过程分析,利用能量误差方法评估并确定合理的单元网格划分尺寸,通过获取屈曲临界点处的屈曲模态形式,确定带钢板网壳的合理初始几何缺陷形式;探讨了蒙皮钢板对网壳稳定承载力的影响,以及钢板厚度、网壳杆件截面尺寸、矢跨比、初始几何缺陷等参数对带钢板网壳稳定性能的影响规律.分析结果表明:钢板蒙皮显著提高了网壳承载力;1/8~1/5矢跨比范围内,随矢跨比的增加,结构极限承载力最大增幅可达87.3%;带钢板网壳对初始几何缺陷具有高度敏感性.     

集中荷载作用下FRP圆弧拱的面内非线性弹性失稳研究

本文开展了集中荷载作用下FRP圆弧拱的面内弹性失稳理论研究,基于能量变分原理建立了拱的非线性平衡方程,提出了FRP拱修正长细比计算公式,推导了拱失稳临界荷载解析解.通过有限元数值解验证了理论公式的正确性,着重分析了铺层角度、铺层厚度及矢跨比等设计参数对FRP拱失稳临界荷载的影响.研究结果表明,铺层方向显著影响拱的失稳临界荷载;对于单种角度铺层的截面,保证铺层总厚度不变条件下,仅增加铺层数量并不会引起失稳临界荷载量值的变化;拱矢跨比在1/10～1/3范围内变化时,失稳临界荷载随着矢跨比的增大而增大,且随着矢跨比的增加,增长速率逐渐下降.     

考虑椭圆度缺陷的盾构管片结构极限承载性能研究

为了探究初始椭圆度缺陷对于管片结构在外部围压下极限承载性能的影响,提出考虑初始椭圆度缺陷的管片非线性稳定极限承载性能计算方法.建立数值分析模型并基于文献实验数据验证,对椭圆度缺陷的几何计算理论及其取值进行分析;分别引入横长轴和斜长轴初始椭圆度缺陷,就不同椭圆度缺陷对管片非线性稳定极限承载力的影响进行参数分析;提出含椭圆度缺陷管片极限稳定承载力的取值建议.结果表明,初始椭圆度缺陷对管片非线性极限承载力均为不利作用,且缺陷越大,不利越明显.当不同椭圆度缺陷时,荷载系数随位移的变化均为迅速增大、平缓增大和趋于收敛.当不同横长轴椭圆度缺陷时,极限荷载系数的变化趋势为：以土体侧压力系数0.6为界,经历缓慢增大、迅速增大;以土体抗力系数5.0 MN/m3为界,经历迅速增大、缓慢增大;以接头抗弯刚度50.0 MN·m/rad为界,经历迅速增大、趋于平稳.对于不同椭圆度缺陷,随着倾斜角的增大,极限荷载系数逐渐增大,对应误差百分比绝对值逐渐减小,横长轴椭圆度缺陷为最不利工况.在实际工程中含椭圆度缺陷管片的非线性极限承载力相对无缺陷时的折减系数可按0.85～0.90考虑,而按整体式管片近似求解实际衬砌式管...     

单层脊线式叉筒网壳结构性能研究

对一组圆柱面网壳交叉组合形成的新型网壳结构--叉筒网壳中的单层脊线式叉筒网壳的结构性能进行了系统研究.运用有限元方法分析了该结构在对称与非对称荷载作用下的静力性能,并着重讨论了矢跨比、荷载工况、边界条件和几何初始缺陷对结构非线性稳定性能的影响.研究了不同矢跨比和不同屋面荷载作用下的结构自振特性,并比较了不同矢跨比结构在地震作用下的水平地震内力和竖向地震内力.研究结果表明,单层脊线式叉简网壳受力性能良好,非对称荷载对结构性能的影响不大;矢跨比对结构的稳定极限荷载和动力性能影响较大;随几何初始缺陷的增大,结构稳定极限荷载平缓降低.     

大跨度钢桁拱桥的极限承载力分析

钢桁拱桥是以承压为主的结构体系,随着跨径的不断增大,其非线性效应会变得十分突出,因此研究其极限承载力并对其安全性进行准确评估就变得尤为重要。本文以主跨436m的中承式钢桁拱桥新蕉门大桥为例,运用大型有限元软件ANSYS详细分析了该桥的极限承载力,并探讨了不同荷载分布方式对其极限承载力的影响。结果表明以分支点稳定理论为基础的线弹性分析大大高估了桥梁的安全系数;与几何非线性分析结果相比较,材料非线性对此桥极限承载能力的影响较大;不同的荷载分布方式对此桥的极限承载力影响较小。     

矢跨比对加劲球壳弹性屈曲性能的影响

加劲球壳的承载力取决于整体稳定性。由于加劲球壳属于各向异性壳,影响其屈曲性能的因素较多,至今没有统一的方法获取其整体失稳时的临界荷载。矢跨比是球壳结构屈曲性能分析中的关键因素之一,文中针对矢跨比对加劲球壳弹性屈曲性能的影响进行分析。先利用ABAQUS软件对球面薄壳进行屈曲分析,验证有限元分析的可靠性;再建立跨度恒定矢高变化的加劲球壳的有限元缩尺模型,分析弹性屈曲临界荷载与矢跨比之间的关系。研究结果表明,当环向与经向加劲肋间距比值在2.55-3.65范围内,屈曲临界荷载与矢跨比呈正相关关系。有效地增大矢跨比有利于提高其整体稳定性。     

全跨和半跨荷载组合下两铰抛物线钢拱平面内承载力计算方法对比

全跨和半跨荷载组合作用下钢拱结构内力分布会随荷载比例发生较大变化。现有钢拱结构平面内稳定承载力计算式多是针对各单一加载模式进行分析得到的,缺乏对其在全跨和半跨组合荷载下适用性的充分考虑。针对此不足,以两铰抛物线钢拱结构为研究对象,考虑荷载组合比例、矢跨比、截面等不同参数的影响,对比分析了现行钢拱结构技术规程方法、基于完善拱模型的有限元方法和基于一致缺陷拱模型的有限元方法等多种方法的承载力计算结果。分析结果表明：当全跨荷载占较高比重时,按规程方法进行钢拱结构承载力设计会较为保守;而当半跨荷载占较高比重时,按规程方法进行钢拱结构承载力设计则会偏于不安全。     

罕遇地震下弦支穹顶的弹塑性动力响应分析

基于18个算例模型,对弦支穹顶在罕遇地震下的弹塑性响应特点进行考察,分析初始预张力、下部结构刚度及其对称性、支座连接条件以及矢跨比等因素的影响.结果表明,罕遇地震下大多数模型的塑性杆件主要出现在上部网壳的中部而不在临支座区域;增加初始预张力会造成结构的塑性杆件数及残余塑性应变明显增加;下部结构的对称性和网壳矢跨比对弦支穹顶的弹塑性响应最为敏感.提出一个定量评价罕遇地震作用后弦支穹顶破坏程度的极限承载力剩余率指标.利用该指标进行分析表明,7度时弦支穹顶结构的杆件按小震弹性设计、8度时按中震弹性设计,则罕遇地震后结构的极限承载能力一般能够保持在90%以上.     

混凝土自锚式悬索桥的极限承载力研究

全面考虑结构的材料非线性和几何非线性，通过对一座跨径160m混凝土自锚式悬索桥进行全过程非线性分析，得到了结构的极限承载力。同时研究了材料非线性、加栽方式、约束条件对结构极限承载力的影响。结果表明，混凝土自锚式悬索桥的弹塑性极限承载力远小于弹性极限承载力，中跨加载情况的极限承载力与全桥加载情况相差不大，但主缆锚固端主梁的约束情况对结构的极限承载力影响较大。     

双箱型空腹圆弧钢拱平面内稳定性分析

为研究新型双箱型空腹圆弧钢拱的平面内稳定特性,采用理论推导与有限元数值模拟相结合的方法,研究其平面内弹性屈曲及弹塑性稳定承载力,分析剪力对拱截面破坏模式的影响,并建立了平面内稳定承载力的设计方法。首先,根据拱截面的剪力分布情况,研究了双箱型空腹圆弧钢拱截面整体剪切变形及弦腹杆剪切变形对平面内弹性屈曲的影响;推导出了考虑双剪切变形影响时,双箱型空腹圆弧钢拱的纯压弹性屈曲荷载公式。然后,参考轴心受压柱设计原理,引入稳定系数及正则化长细比,绘制了纯压状态下的稳定曲线。最后,分析了在几种常见荷载工况下,双箱型空腹圆弧钢拱整体破坏模式的稳定承载力设计公式。本文分析的拱结构新颖,所提弹性屈曲荷载公式计算结果与有限元分析结果十分吻合,同时采用轴力与弯矩的二项式验算了整体稳定承载能力。研究结果可供日后科研和实际工程设计参考,具有一定的现实意义。     

大宁河大桥主桥结构极限承载力分析

特征值屈曲分析只可预测一个理想线弹性结构的理论屈曲强度,材料非理想性与几何非线性使得大多数结构无法达到它们理论强度极值.极限承载力破坏是伴随结构的材料非线性和几何非线性共同发生的,有些重要结构在无法了解结构在复杂荷载作用下的临界荷载时只能靠放大安全系数来保证结构的安全,这样进行结构的设计和建造,存在较大的盲目性,势必造成大量的隐患和浪费.以一座大跨钢箱拱桥为例,通过建立空间杆系模型,考虑多种荷载布置方式以及温度影响,对结构极限承载力进行了研究,为大跨钢箱拱桥设计和评价提供了一定的理论依据.     

四边简支开缝钢板剪力墙抗剪静力性能研究

采用ANSYS软件分析了四边简支的钢板剪力墙和开缝钢板剪力墙在静荷载作用下的力学性能,及影响其极限承载力和初始刚度的主要因素.分析了初始缺陷、边长比、宽厚比及缝间小柱的几何特征(缝间小柱高宽比和开缝宽度)对四边简支开缝钢板剪力墙极限承载力和初始刚度的影响;此外对四边简支的钢板剪力墙和开缝钢板剪力墙的抗剪静力性能进行了比较.