六杆四面体单元组成的新型球面网壳的稳定性能分析

对平面投影为四边形的六杆四面体单元组成的新型球面网壳进行了稳定性能分析,包括特征值屈曲分析和考虑初始缺陷的双重非线性分析.分析工作主要由两个方面展开,一是对球面网壳的基本结构体系和两种加强结构体系的四种采用不同刚、铰接节点布置方式的计算模型进行稳定性能对比,二是对采用同一种刚、铰接节点布置方式的不同结构体系的稳定性能进行比较.由此得到了刚、铰接节点布置方式对网壳结构稳定性的影响,以及加强杆件对不同计算模型稳定性能提高效果的差异.根据对比分析的结果,结合实际工程经济、技术指标的要求,提出了这类新型球面网壳宜优先选用的结构和节点体系.     

环向折线形单层球面网壳结构的试验研究

环向折线形单层球面网壳的基本结构体系兼有单、双层球面网壳结构的受力特性,且节点为铰接,是一种新型的静定空间桁架结构.为改善结构受力、满足构造要求,可在基本结构体系基础上增设内圈环杆.本文对内圈环杆加强的环向折线形单层球面网壳结构进行了全跨、半跨荷载下的静力加载试验,并将试验数据与理论分析结果进行对比.分析结果表明:该结构具有良好的受力性能,试验数据与有限元分析结果之间的差异较小,理论分析正确.     

半刚性连接球面网壳结构的动力分析

通过半刚性节点模型,利用有限元方法对球面网壳结构进行动力分析.建立了半刚性情形下单元刚度矩阵.通过求解特征值问题,得到半刚性球面网壳结构自振特性规律,并与理想刚接及理想铰接情形进行了对比.采用时程分析法对球面网壳进行了水平地震作用下的分析计算,比较了半刚性节点模型所得结果与理想刚接及理想铰情形的异同,说明使用半刚性模型进行结构计算分析的合理性.论文结论对网壳结构的工程设计及施工有一定的参考价值.     

六杆四面体单元组成球面网壳的节点构造及装配化施工全过程分析

平面投影为四边形的六杆四面体单元是一种几何不变体系,由此集合组成的球面网壳构造简单,杆件数和节点数相对较少,且能起到双层网壳的作用.本文着重研究了半刚接半铰接球面网壳的节点构造,上、下弦采用梁单元,选用带法兰盘的焊接空心球连接;腹杆采用杆单元,选用耳板连接.为便于在工厂工业化加工制作六杆四面体单元,以及在现场高空悬臂安装网壳结构,提出了一种能重复使用的工具式A型拼装架及安装工序.与此同时,详细给出了在网壳自重作用下,与安装工序对应的装配化施工全过程内力分析,文中并附有算例说明.     

六杆四面体单元组成的新型球面网壳机动分析

对平面投影为四边形的六杆四面体单元组成的新型球面网壳全铰接基本结构体系进行了系统的机动分析.若采用传统的Maxwell准则分析,该网壳的基本结构体系被认为是一个静定结构.而基于平衡矩阵理论进行分析时,可以发现该网壳的基本结构体系是一个静不定、动不定体系.利用平衡矩阵的物理意义和矩阵的初等变换,证明了新型网壳基本结构体系的机构位移模态数与沿圆形平面径向布置的六杆四面体单元数是相等的.在此基础上给出了新型网壳加强结构体系的形成依据,并提出两种适于工程应用的结构体系加强方式.     

节点刚、铰接时环向折线形单层球面网壳静力和稳定性能的分析研究

环向折线形单层球面网壳是一种新型的具有双层网架和单层网壳特点的空间桁架体系,结构分析简捷,加工制作方便,建筑造型优美,有推广应用前景。专门研究了当节点采用不同连接方案时,即当构成4种节点形式与杆件特性的连接构造时对环向折线形单层球面网壳基本结构体系和加强结构体系静力和稳定性能的分析,可进一步了解这种单层网壳结构的受力特性,也是对现行《空间网格结构技术规程》(JGJ 7—2001)第3.1.8条强制性条文规定单层网壳应采用刚接节点的讨论,并得出一些对工程设计有重要参考价值的结论。     

某锥形穹顶半刚接单层网壳分析与设计

以某图书馆的锥形穹顶单层网壳为研究对象,分析其受力变形性能和整体稳定性能.对比研究了不同截面方案和节点假定对网壳构件承载力、屈曲特性和极限承载力的影响.采用多尺度有限元分析方法,真实模拟节点性能,与节点刚接、铰接模型的计算结果进行了对比.结果表明:采用钢管非加劲相贯焊连接的单层网壳为典型的半刚接网壳,合理的杆件截面设计可使其整体稳定性能接近于节点刚接模型;节点铰接会改变单层网壳的屈曲形态,使结构整体协同性能严重弱化或丧失;多尺度有限元分析方法是判别节点刚度和承载力的有效方法,可真实反映节点性能对整体结构性能的影响.     

半刚性节点单层球面网壳结构的抗震性能及其设计方法

由单根或多根螺栓现场拼装而成的半刚性节点单层球面网壳逐渐受到工程设计人员及一些学者的关注。这种节点具有一定的弯曲刚度和扭转刚度,是介于刚接和铰接节点之间的一种半刚性节点。利用文献中的弯矩-转角曲线对凯威特型半刚性螺栓球节点单层球面网壳的抗震性能进行了较为系统的分析,包括其自振特性及杆件地震内力系数随矢跨比、跨度、屋面质量、杆件截面、地震动、节点弯曲刚度等参数的变化规律;通过大规模参数分析,采用基于包络响应的地震内力系数统计方法,给出凯威特型半刚性节点单层球面网壳考虑杆件弯矩影响的地震内力系数取值;提出基于地震内力调整系数的凯威特型半刚性节点单层球面网壳的实用抗震设计方法,可为工程设计提供参考。     

环向折线形单层球面网壳及其结构静力简化计算方法

环向折线形单层球面网壳是单向折线形网架结构在曲面结构构形中的拓展,兼有双层网壳和单层网壳受力特性。通过结构构形研究和机动分析,提出了在轴对称条件下基本结构体系的简化杆系计算模型及其分析方法。为改善结构的受力特性,在基本结构体系的基础上,增设若干道环向杆件,形成环向折线形单层球面网壳的加强结构体系。通过算例分析,对比研究了在不同荷载工况下和厚跨比对结构体系受力性能的影响。研究结果表明：环向折线形单层球面网壳的基本结构体系是一种静定空间桁架结构;揭示了环向折线形单层球面网壳基本结构体系的组成规律、受力特性,给出了加强结构体系的合理加强方案;所提出的简化计算方法,可精确求解网壳的内力和位移。     

半刚性螺栓球节点空间网壳结构受力性能研究

空间结构中常用的节点多数都是介于刚接和铰接之间的一种半刚性节点。国内对用于空间结构中的半刚性节点以及半刚性节点网壳的研究目前还比较少。基于半刚性节点的试验研究,得到了螺栓球半刚性节点在弯矩荷载和压弯荷载共同作用下的弯矩-转角曲线。利用大型通用有限元分析软件ANSYS建立了用于空间半刚性网壳结构的有限元分析模型。最后,将由试验得到的节点的弯曲刚度带入半刚性凯威特单层网壳的数值模型中,考虑几何参数和节点刚度对半刚性网壳稳定性的影响,展开了大规模的弹塑性全过程分析,通过系统的参数分析,较为全面地掌握了半刚性单层网壳的稳定性能,并进一步总结得出了螺栓球半刚性节点单层球面网壳的稳定承载力公式。     

铰接六杆四面体柱面网壳的构形及静力和稳定性分析

提出了两种新型的由投影面为矩形的铰接六杆四面体组成的柱面网壳。这种网壳结构的构形十分简单,节点和杆件数目相对于双层柱面网壳结构较少,网格抽空率高,具有单层和双层柱面网壳的主要优点。对两种铰接的六杆四面体组成的柱面网壳进行静力和线性与非线性稳定性分析,结果表明:下弦支撑的铰接六杆四面体柱面网壳结构整体刚度好,由线性特征值屈曲分析和考虑几何初始缺陷、荷载不对称布置的稳定性分析结果可知,其具有较好的力学性能,并且温度对其稳定性的影响较小。铰接的六杆四面体组成的柱面网壳可以采用螺栓球作为节点,有利于标准化设计、工业化生产和装配化施工,符合绿色建筑的推广应用条件。     

节点半刚性对K6单层木网壳稳定性能的影响

随着装配式木结构建筑的广泛应用,节点装配化等设计理念也在不断发展。木空间结构作为一种可供选择的结构形式日益受到关注。通常在网壳结构分析及设计过程中,节点连接均被假定为完全刚接或理想铰接,但实际网壳结构所应用的装配式节点多为半刚性节点。因此上述假定不能真实反映结构受力性能,造成结构设计偏不安全或偏保守。与此同时,网壳结构的稳定性是网壳结构设计中的关键问题,而已有成熟的且适合装配化的木网壳结构设计并不常见。为探究节点半刚性对木网壳稳定性能的影响,设计一种适合装配化的新型填板式木网壳节点将其应用于K6单层木网壳中。通过试验手段和数值模拟方法分析节点抗弯工作机理,发现节点抗弯性能具有典型半刚性特征,并提出设计中可供借鉴的四折线抗弯刚度模型。基于节点试验数据,通过ANSYS软件建立单层球面木网壳数值模型,并对该木网壳数值模型的整体稳定承载力进行参数分析。分析结果表明:所提出节点构成的木网壳整体稳定承载力随矢跨比数值、节点刚度的增大而提高,随几何初始缺陷幅值、半跨活荷载比值的增大而降低。综上所述,本文提出了一种适合装配化的新型填板式木网壳节点,通过试验和数值模拟探索其抗弯刚度,并且在木网壳结构体系中提供了系统的稳定性能分析,为今后类似节点的工程运用埋下了基础。     

六杆四面体单元组成的球面网壳结构装配化施工的实践研究

六杆四面体单元组成的球面网壳是一种适应建筑工业化需求的新型空间结构体系.基于一个10m跨度的大型实物模型,对这种新型网壳结构进行了装配化施工的实践研究.模型的六杆四面体单元全部预先加工完成,再按照拟定的施工方案,以其为基本单位进行安装,并对安装过程中出现的问题进行了总结和分析.模型安装完成后,利用全站仪测得所有节点坐标,并利用测得坐标重建有限元模型,通过与设计模型的静力计算结果进行比较,从理论角度分析了安装误差对结构静力特性的影响.本文工作能为这种新型球面网壳的工程实践提供一定的指导.     

六杆四面体双曲面网壳的静力特性模型试验

对六杆四面体双曲面网壳的静力特性进行模型试验研究.设计并制作了一高度5m、底面直径(跨度)4m的网壳模型,提出了一种适用于六杆四面体单元、满足刚接假定并可加装加强杆的法兰盘节点,测试并研究了网壳模型在模拟静力风荷载下的节点变位和杆件内力.试验结果和有限元模拟结果进行对比,分析了试验误差来源.结果 显示,试验实测值与理论...     

支撑节点板对铰接支撑框架体系的影响

由于支撑节点板的存在,将对铰接支撑框架结构中的梁柱节点的转动能力产生影响,梁柱节点的刚度将由铰接过渡到半刚接。本文通过ABAQUS有限元分析软件,分析了节点板的尺寸、厚度对梁柱节点刚度的影响。由于梁柱节点半刚接的影响,结构体系的整体反应及局部杆件内力都将受到影响,通过分析计算,可以发现梁柱节点半刚接对结构体系整体反应影响较小,但是对布置支撑的中间跨梁的弯矩影响则不能被忽略。     

一种单层铰接折面网壳结构的试验研究

形如深圳大运会体育馆的单层折面网壳结构其基本构形的铰接体系为空间静定桁架结构,为改善该类单层折面网壳的受力性能、提高结构刚度,可在基本体系的基础上增设若干道环杆.对铰接单层折面网壳结构基本体系及环杆加强体系进行进行了全跨、半跨荷载下的静载试验及动力特性试验,并将试验实测数据与理论分析结果进行了比较分析.结果表明,实测数据与理论分析之间差异较小,模型设计和试验方法合理,理论分析方法正确.     

多层重力-侧力系统可分组合结构体系力学性能分析

针对装配式组合结构的发展需求,提出了一种多层重力-侧力系统可分组合结构体系,通过梁端铰接实现了结构的竖向承重系统与水平抗侧力系统的分离,提升了装配式组合结构的标准化程度.根据该结构体系的布置方案,设计并完成了3个大比例体系试验,与传统刚接组合框架对比,分析了新型结构体系在竖向楼面荷载和水平滞回荷载作用下的力学性能,对两种结构体系开展了抗震性能评价.利用通用有限元软件MSC.Marc建立了新型结构体系的有限元模型,通过与试验结果对照分析了节点建模方式对计算结果的影响.研究结果表明,新型结构体系在水平地震作用下的安全裕度高于传统刚接组合框架,新型结构体系的节点表现出显著半刚性,其对结构竖向承载刚度和侧向刚度均有明显影响.     

考虑杆件失稳的半刚接网架稳定性研究

在传统的网架结构设计与分析中,常假定杆件之间的节点为理想刚接或铰接,而实际网架中的节点属于半刚性节点.为了理清节点弯曲刚度对网架稳定性能的影响,提出了一种含有杆件初弯曲的半刚接力学模型,针对具有不同节点弯曲刚度的网架开展了大量的双重非线性分析,探讨了杆件失稳与网架整体失稳之间的内在关系.主要得出如下结论:提出的力学模型可方便有效地考虑网架中的杆件失稳、节点刚度及杆件初弯曲问题;对于具有杆件初弯曲的网架而言,当正则化弯曲刚度κ_b大于3.0时,网架的极限荷载基本接近;当κ_b小于1.5～2.0后,极限荷载明显降低.提高节点的弯曲刚度可有效提高网架的稳定承载能力;杆件初弯曲对网架的稳定承载能力有一定影响,随着κ_b的减小,具有初弯曲杆件的半刚接网架的极限荷载下降量逐渐增大;杆件初弯曲的分布形式不同,网架的失效模式不同.同时失稳杆件的位置具有一定的规律,即失稳杆件集中分布在某一列或某两列的纵向或横向网格内;杆件初弯曲的存在会加剧P-Δ效应,使得部分压杆提前丧失稳定;提出的能考虑杆件失稳的半刚接网架力学模型可推广至双层球面与双层柱面网壳等其他类型的空间网格结构.     

上海科技馆网壳结构分析

针对上海科技馆中部大堂的巨型椭球体网壳结构 ,介绍了网壳结构的选型 ,并比较了在刚接、铰接和弹性支承条件下 ,钢、铝网壳结构方案在竖向荷载、温度荷载、地震作用下的受力特性。为网壳结构非线性分析提供了依据     

具有加劲肋的焊接球节点刚度分析(英文)

空间网壳结构的节点是半刚性的,节点刚度对大跨度网壳结构的稳定承载能力有着重要的影响.按节点完全刚接或完全铰接计算会过高或过低地评价结构的稳定承载能力.而具有加劲肋的焊接球节点被广泛应用在大跨度空间网壳结构中.本文采用有限元软件ANSYS对具有各种不同形式加劲肋的焊接球节点轴向刚度和弯曲刚度进行了分析,并与无肋焊接球节点进行了比较.通过回归分析,得出了具有各种不同形式加劲肋的焊接球节点轴向刚度和弯曲刚度的实用计算公式.本文为考虑节点刚度的大跨度网壳结构稳定分析提供了理论基础,并得出了可应用于实际工程的结论.