常州市体育馆椭圆抛物面弦支穹顶稳定性研究

常州市体育馆椭圆抛物面钢屋盖采用由Levy索杆系和单层网壳构成的弦支穹顶结构,与已研究的常规弦支穹顶相比,其具有体量大,矢跨比高和外形为椭圆抛物面的特点。将弦支穹顶与单层网壳进行稳定性对比研究,包括构件屈曲、线性屈曲和几何非线性屈曲等,分析了高矢跨比弦支穹顶中索杆系的作用以及对结构设计起控制作用的破坏形式。研究结果表明,索杆系增加了弦支穹顶的整体性,降低了其对初始几何缺陷的敏感性,但对结构刚度、基本自振周期和模态、构件屈曲荷载、线性屈曲荷载、无初始缺陷的非线性屈曲荷载、屈曲模态等影响不大。高矢跨比弦支穹顶仍对初始缺陷较为敏感,稳定性仍是结构设计控制因素之一。此外,由于椭圆抛物面外形,活荷载布置形式对结构屈曲模态影响较大,且满跨活荷载并不一定是最不利的活荷载布置形式。     

弦支穹顶结构的稳定性分析

用非线性有限元法编制了稳定分析程序 ,进行了算例分析、验证。以跨度 3 5 4m、矢高 4 6m的弦支穹顶为例 ,用自编的程序和ANSYS进行了弦支穹顶的特征值屈曲、非线性屈曲分析 ,初始缺陷的影响分析和半跨荷载作用下的结构稳定性分析。同时 ,还讨论了撑杆长度对弦支穹顶结构稳定性的影响     

河北北方学院体育馆弦支穹顶屋盖稳定性能分析

以河北北方学院体育馆弦支穹顶屋盖为研究对象,考虑几何和材料非线性、活载布置方式及初始几何缺陷分布模式和大小等因素,对结构进行特征值屈曲和非线性屈曲的荷载-位移平衡路径全过程分析。研究表明:半跨活载布置对稳定承载力无不利影响,恒载及活载全跨布置、初始几何缺陷按第2阶屈曲模态分布时,结构稳定承载力最小。活载布置方式影响结构屈曲位移形态,活载全跨布置时局部凹陷区域为沿短轴跨度方向呈不对称形式分布,活载半跨布置时局部凹陷均位于活载最不利布置一侧呈带状分布。弦支穹顶结构对初始几何缺陷的变化比较敏感,结构由无缺陷到缺陷增加至跨度的1/100过程中,荷载-位移曲线平衡路径出现两种不同的模式。     

施威德勒椭球形弦支穹顶的特征值屈曲分析

施威德勒椭球形弦支穹顶是弦支穹顶结构的一种新型结构形式,利用有限元计算软件ANSYS对椭球形弦支穹顶和单层网壳进行特征值屈曲分析。通过对不同矢跨比的对比分析,预测施威德勒椭球形弦支穹顶的屈曲特性。     

施工偏差随机分布对弦支穹顶结构整体稳定性影响的研究

基于概率理论,提出了适合于具有初始几何缺陷的弦支穹顶结构整体稳定性分析的施工偏差概率法,根据施工现场的误差分布特点,引入初始几何缺陷的随机分布形式,通过计算随机有限元模型,得到稳定系数样本值,并经过统计分析最终获得了具有一定可靠性的非线性整体稳定系数。以跨度93m、矢跨比1/12的优化后的弦支穹顶结构为算例,进行了考虑初始几何缺陷的非线性稳定性分析,与传统的特征值屈曲模态法和无初始几何缺陷的结果进行了对比分析,分析表明施工偏差概率法能够充分展现初始几何缺陷对弦支穹顶结构稳定性的影响,其计算稳定承载力比传统的特征值屈曲模态法低30%左右。通过对比分析,对初始几何缺陷最大值采用1.645倍的施工偏差控制限值,初始几何缺陷形状和大小更加合理,稳定分析结果偏于安全。施工偏差概率法在2008奥运会羽毛球馆弦支穹顶结构整体稳定分析中得到了良好的应用,验证了该方法的适用性。     

考虑初始几何缺陷的弦支穹顶结构动力稳定性分析

根据基于B-R运动准则改进的判别方法,采用ANSYS有限元分析软件,考虑材料弹塑性,应用静力稳定分析中的"一致缺陷模态法"考虑结构初始缺陷,对不同矢跨比的弦支穹顶结构动力稳定性能进行了研究.研究表明,初始缺陷对结构动力稳定临界荷载有影响,并且初始缺陷对不同矢跨比的结构影响不同.因此,在进行结构分析时,初始缺陷影响不可忽略.     

奥运羽毛球馆张弦穹顶基于整体稳定的优化设计

以2008年奥运会羽毛球比赛馆张弦穹顶结构为例,对张弦穹顶和单层网壳进行了内力、节点位移、特征值屈曲和非线性屈曲的荷载位移平衡路径的跟踪分析,阐述了张弦穹顶结构的优越性。对联方型、肋环型、肋环斜杆型张弦穹顶的分析比较表明,联方型网格经济合理,更适用于张弦穹顶结构。分析了网格密度、矢跨比、撑杆长度、初始缺陷、钢索预应力等设计参数的影响,得到了具有工程实用意义的结论。分别以网壳杆件内力和节点位移为目标函数编制了优化程序,研究了钢索合理预应力度的确定方法。     

2008年奥运会羽毛球馆预应力张弦穹顶结构整体稳定分析

2008年奥运会羽毛球馆屋盖结构跨度93m,矢高9.3m,矢跨比1/10,经过多轮多层次优化采用了张弦穹顶结构。对张弦穹顶和单层网壳分别进行了包括内力、节点位移、特征值屈曲和非线性屈曲的荷载位移平衡路径的跟踪分析,阐述了结构选型的依据。分别以网壳杆件内力和节点位移为目标函数编制了优化程序,研究了钢索合理预应力水平的确定方法,分析了初始几何缺陷对整体稳定的影响,提出了初始几何缺陷的合理施加方法。     

沁阳市体育馆椭圆抛物面弦支穹顶稳定性研究北大核心CSCD

沁阳市体育馆钢屋盖采用由Levy索杆体系和单层网壳组合成的弦支穹顶结构体系,具有跨度大、外形为椭圆抛物面的特点。对弦支穹顶结构进行了杆件内力、支座反力、节点位移、自振特性、线性屈曲和非线性屈曲分析,考虑了初始几何缺陷的影响,并与单层网壳结构进行了对比。研究结果表明,弦支穹顶结构引入高强度预应力拉索后,可以减小对边缘支承结构的作用、减小结构位移、降低对初始几何缺陷的敏感性和提高结构整体稳定性。在所考虑的活荷载全跨布置、长轴半跨布置和短轴半跨布置3种形式中,以活荷载短轴半跨布置最为不利。     

联方型弦支穹顶研究

在分析天保中心弦支穹顶的工程实例及相关研究的基础上,提出了弦支穹顶的二阶段分析方法。采用二阶段分析方法,对选定的结构模型,与单层网壳相比较,分析了联方型弦支穹顶的结构性能。研究了不同矢跨比、不同撑杆长度、不同节点刚度等参数变化条件下联方型弦支穹顶的特性,同时考虑了不同的荷载组合情况。对联方型弦支穹顶进行了屈曲分析。研究分析结果表明弦支穹顶须按预应力模型进行分析;联方型弦支穹顶是一种高效的结构形式,其屈曲承载力大于相应的单层球面网壳;二阶段分析法是弦支穹顶一种有效的分析设计方法;较为浅平的弦支穹顶的拉索预应力应进行专项分析;撑杆较长有利于增大抵抗力并避免环向拉索的松弛;不对称荷载为主要工况时有必要对拉索的松弛进行专题校核分析。     

Factors affecting the design and construction of Lamella suspen-dome systems

The suspen-dome system is a new structural form that has become popular in the construction of long-span roof structures. These domes are very slender and lightweight, their configuration is complicated, and hence sequential consideration in the structural design is needed. This paper focuses on these considerations, which include the method for designing cable prestress force, a simplified analysis method, and the estimation of buckling capacity. Buckling is one of the most important problems for dome structures. This paper presents the findings of an intensive buckling study of the Lamella suspen-dome system that takes geometric imperfection, asymmetric loading, rise-to-span ratio, and connection rigidity into consideration. Finally, suggested design and construction guidelines are given in the conclusion of this paper.     

某体育馆屋盖弦支穹顶的设计

弦支穹顶是由上部单层网壳和下部预应力索杆体系组成的空间结构.结合某体育馆屋盖的设计,对采用的弦支穹顶结构进行了静力分析、特征值屈曲分析、非线性屈曲分析.讨论了弦支穹顶设计的基本过程,并对索所需的预应力大小进行了分析设计.计算结果表明,弦支穹顶结构具有良好的受力性能和经济性能,满足建筑造型的要求.其设计主要由稳定性控制,同时,体育场馆的工艺,如设备分布等,对其稳定性也有一定的影响,设计时不能忽略.＃     

矢跨比和垂跨比对张弦立体桁架性能的影响分析

本文简要介绍了张弦立体桁架结构特点和受力机理，利用ANSYS有限元程序对一个100m跨度的张弦立体桁架进行了受力分析，详细阐述了矢跨比和垂跨比对该结构变形性能、受力性能和用钢量的影响，给出了设计的建议矢跨比和垂跨比，为此类结构的设计提供了参考．计算表明，结构的矢跨比最好大于0．12，而垂跨比最好大于0．1，这时结构的受力和位移都在比较合理的范围内．但矢跨比和垂跨比对纵向位移和支座反力的影响不明显．     

新型阶梯式肋环型球面网格结构力学性能分析

阶梯式肋环型球面网格结构是一种新的结构形式,具有较强的建筑表现力,其结构性能介于单、双层网壳之间,具有较好的稳定承载力.通过对不同矢高的阶梯式肋环型球面网格结构的静力参数分析,得到了这种结构的基本性能特点与传力规律.通过动力特性分析,反映了结构基本的刚度分布规律.稳定性分析是壳体结构必须进行的计算,通过线性特征值与非线性极限稳定性分析计算了此类结构的失稳模式与极限承载力,从而较为全面地分析了这种结构的结构性能,得到了一些有意义的结论.     

布索方式对弦支穹顶结构稳定性能的影响研究

弦支穹顶结构由上部单层网壳和下部索杆系统组成。为了解下部索杆系统的布置形式对弦支穹顶结构整体稳定性能的影响,确保结构在设计过程中合理布置下部索杆系统,以单层网壳以及9种不同索杆布置形式的弦支穹顶,共10种跨度均为122m的结构为研究对象,进行全跨荷载与半跨荷载下考虑初始几何缺陷与无初始几何缺陷的整体稳定性计算,提取结构失稳模态与结构稳定性系数,分析不同布索形式对结构稳定性的影响,并将计算结果与单层网壳结构的计算结果进行对比。分析结果表明:结构对初始几何缺陷较为敏感,结构的稳定性与下部索杆中撑杆的布置数量与位置有较大的关系,而与斜索的具体布置形式关系不大,且半跨荷载对结构更为不利。     

实腹圆弧钢拱的平面内稳定极限承载力设计理论及方法

拱的平面内稳定极限承载力设计一直没有成熟的规范指导。本文用有限壳单元模型先分析了工形截面两铰圆弧钢拱的平面内弹性屈曲性能,与拱的经典屈曲理论作了对比,指出了必须同时考虑长细比和矢跨比对屈曲荷载的影响。然后分析了两铰圆弧钢拱受静水压力和其它荷载作用下的弹塑性屈曲性能,指出了典型破坏机理为拱两侧1/4跨附近形成塑性铰导致结构失效。利用拱的弹性屈曲荷载定义了拱的正则化长细比,用Perry-Robertson公式的形式,建立了拱的稳定系数与正则化长细比的关系,提出了受静水压力的两铰圆弧钢拱的平面内稳定极限承载力设计方法,并用轴力和弯矩的两项相关公式提出了受其它荷载作用下的平面内稳定极限承载力设计方法。     

In-plane buckling behavior of slender parabolic concrete-filled steel tubular arches with fixed ends

现有规范采用“等效梁柱法”计算长细比不超过80的钢管混凝土拱的平面内稳定承载力,而实际工程中有近20%拱桥拱肋长细比超过上述限值,即大长细比钢管混凝土拱。因此,利用ABAQUS建立了有限元分析模型,在基于现有试验数据验证模型可靠性的基础上,对大长细比抛物线形钢管混凝土无铰拱在竖向均布荷载作用下的平面内稳定性能进行了分析,研究了长细比、矢跨比、含钢率、混凝土强度和钢材强度对拱肋平面内稳定承载力的影响;基于参数分析结果,对现有平面内整体稳定系数公式进行修正,提出了大长细比抛物线形钢管混凝土拱平面内稳定承载力设计公式。结果表明：拱肋稳定承载力随长细比增大显著降低,随矢跨比和含钢率增加近似线性提高。其中,矢跨比对大长细比拱肋影响更为显著,而含钢率对采用高强钢的拱肋影响更大;所提出的设计公式计算结果与有限元分析结果吻合良好,有限元分析结果与公式预测结果比值的均值为1.02~1.08,标准差为0.039~0.051,变异系数为3.74%~4.72%。     

Nonlinear in-plane behavior of circular steel arches with hollow circular cross-section

In this work the nonlinear in-plane behavior of circular arches with hollow circular cross-section is investigated. The influence of a number of design parameters, such as the boundary conditions, the rise-to-span ratio, and the included angle on the strength is presented. Moreover, the effect of other behavior factors, such as the geometrical and material nonlinearities and the initial imperfections, is investigated. A criterion for the prediction of the type of nonlinear behavior of arches is given, and a formula for the determination of the nonlinear buckling load is proposed. It is found that the effect of initial imperfections on the strength depends largely on the arch slenderness and the imperfection magnitude in the case of shallow arches. When arches are deep this dependence becomes less significant. The effect of geometrical nonlinearity depends significantly on the shallowness and the slenderness of the arches. Stocky arches are less influenced by the rise-to-span ratio than slender ones. The effect of boundary conditions depends significantly on the shallowness of arches and the arch slenderness. The reduction of strength is larger in slender arches than in stocky ones.     

平面拱形桁架等效静风荷载研究

对矢跨比分别为1/4、1/6、1/8的3个拱形屋面进行了同步测压风洞试验,分析风荷载和结构参数对平面拱形桁架风振响应和等效静风荷载的影响规律。风洞试验结果表明, 0°风向时,高矢跨比屋面的最大负压幅值出现在屋顶,而低矢跨比的出现在迎风前缘。从方便工程应用的角度,采用简化振型函数表达针对结构多个位移和杆件应力响应的多目标等效静风荷载。在工程常用范围内,分析结构矢跨比、跨度、屋面质量、设计风速和风向等参数对中部和端部平面拱形桁架多目标等效静风荷载的影响,得到可用于指导该类结构抗风设计的等效静风荷载风压系数建议值,且经校核,在该等效静风荷载作用下的结构响应与实际动力响应极值吻合较好。