80 m球径螺栓球节点单层球面网壳地震响应分析

为探究半刚性节点单层球面网壳在地震荷载作用下的动力响应特征,针对沈北新区80 m球径螺栓球节点单层球面网壳,采用有限元软件ANSYS,引入节点试验和数值分析数据来模拟实际工程中螺栓球节点的抗弯性能,建立可考虑节点刚度的精细化数值模型,并进一步考虑局部杆件和节点加强、壳体外表面安装围护材料等不同结构条件的变化,在此基础上,对其开展了自振特性及在不同峰值地震荷载作用下动力响应分析.分析结果表明:本项目已建成的大跨度螺栓球节点单层网壳具有良好的抗震性能,但螺栓球节点单层网壳局部开洞会形成明显的刚度薄弱区,建议洞口周边采用焊接球节点并对周圈杆件加强.若在现有结构外表面安装围护玻璃则导致结构的抗震性能明显降低,罕遇地震下,节点最大位移将比竣工结构增大140.1%,杆件最大应力增大77.8%,节点最大位移时程曲线有发散迹象,表明结构有发生整体倒塌的可能性.     

80 m球径螺栓球节点单层球面网壳稳定性能分析

螺栓球节点是一类半刚性节点,能否应用到单层网壳中一直是该领域急需解决的关键问题之一,本文首先通过螺栓球节点域的有限元分析,利用已有试验研究结果,获得螺栓球系列节点的弯矩-转角关系,再通过数值方法将其引入到整体网壳的节点刚度模拟中,建立了半刚性节点网壳分析方法.在此基础上,针对沈北新区市民健身中心80 m直径单层球面网壳,采用螺栓球节点连接设计,并进一步对结构施工成形过程中的多个状态进行非线性稳定性分析,也对覆盖饰面材料后网壳的稳定性能进行了探讨.分析结果表明:在施工阶段,网壳局部杆件以受弯为主,导致水平荷载作用下1/2球的极限承载力最低,而竖向荷载作用下的3/4球则因为其上部变形较大导致其极限承载力下降较多;在网壳合拢后,受弯构件转化为以受轴向力为主,其竖向、水平极限承载力分别到达设计荷载的4.7倍和9.2倍,因此只要通过合理措施,避免施工各阶段可能出现的失稳破坏,螺栓球节点完全可以应用到单层网壳结构中.     

半刚性节点单层球面网壳抗震性能

为了研究由多根螺栓现场拼装而成的半刚性节点单层球面网壳的抗震性能及其抗震设计方法,利用节点的弯矩-转角曲线对凯威特型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、地震波、节点弯曲刚度等参数的变化规律,通过大规模参数分析,给出半刚性节点单层球面网壳的地震内力系数取值,提出基于地震内力调整系数的半刚性节点单层球面网壳的实用抗震设计方法.     

单层球面网壳的优化设计

提出了单层球面网壳结构的一种优化设计方法，它是一种以网壳的总造价为目标函数，取网壳的网格数、矢高、杆件截面面积和节点体积作为优化设计变量，采取直接搜索法与准则法相符合的优化设计方法。基于用Fortran90软件编制的优化设计程序，对单层球面网壳结构进行了大量的计算，用回归分析得出网壳最优网格数、矢高、杆件截面面积和节点体积，同时使杆件面积规格化，以便直接用于实际工程。     

半刚性节点单层球面网壳的弹塑性稳定性分析

为了研究半刚性节点单层球面网壳的稳定性能,提出其适用的分析方法,利用大型有限元软件ANSYS建立螺栓球节点的实体模拟方法和半刚性节点单层球面网壳的数值模型.通过试验数据与数值分析结果的比较,证明方法的可行性,进而模拟工程中常用的螺栓球节点,求得其弯曲刚度,对30 m跨度的螺栓球节点单层球面网壳进行稳定性分析.结果表明:节点的弯曲刚度不同时,网壳的稳定性能及其失稳模态变化明显;节点的扭转刚度和节点域不同时,网壳的稳定性能基本没有变化;荷载分布不同时,网壳的稳定性能发生改变.节点的弯曲刚度和不同的荷载分布形式是影响单层半刚性球面网壳稳定性能的重要因素.     

单层铝合金球面网壳的几何非线性稳定分析

对单层球面网壳进行了几何非线性稳定分析，利用一般空间梁单元的有限元分析，采用特征值屈曲分析预测结构的理论屈曲强度，再以弧长法对结构变形进行全过程跟踪分析，求得极限临界荷载．本文详细分析了40m跨度施威德勒型铝合金网壳在不同荷载作用下的稳定性，以及不同支承条件、不同失跨比对稳定性的影响．     

大跨度单层球面网壳的损伤模型及强震失效

为对大跨度单层球面网壳在强震下的失效进行系统的分析,采用考虑材料损伤累积影响的全过程分析方法.考察了大跨度单层球面网壳在强震下失效时刻的多项响应指标随矢跨比、跨度、屋面质量等参数变化的规律,分析了失效极限荷载受这些参数变化的影响,同时讨论了考虑初始几何缺陷对结构失效特征的影响.通过分析发现,单层球面网壳在强震下基本属于动力强度破坏范畴,基于这些强度破坏算例失效时刻的特征响应,分别建立了理想网壳和缺陷网壳的强震损伤模型,可以表征结构在动力荷载下的损伤程度并判定强度破坏极限荷载.     

强震下单层球面网壳连续倒塌机理

以单层凯威特球面网壳连续倒塌全过程非线性仿真计算为例,通过对地震过程中结构构件变形、受力、损伤等参量发展特征的研究分析,提出单层球面网壳连续倒塌过程可分为3个阶段,阐述了结构连续倒塌全过程的机理.分析不同地震峰值加速度条件下这3个阶段中结构重心竖向位移的变化特征,在此基础上,提出了适用于单层球面网壳结构的性态水平描述,并建立基于结构重心竖向相对位移的损伤评估指数.这些工作对于空间结构强震下灾变机理的进一步研究有较好的参考意义.     

单层球面网壳选型优化设计

采用改进的自适应遗传算法来解决单层球面网壳结构构件截面优化问题,并采用VC 语言编写了相应的自适应遗传算法和有限元计算程序,可以实现单层球面网壳结构的自动优化设计。设计了不同类型、跨度和矢跨比的网壳优化算例;并通过对按照现行相关规范优化设计的单层球面网壳和符合现行相关规范要求但未经优化设计的单层球面网壳用ANSYS软件进行考虑几何非线性的屈曲分析,分别确定其屈曲荷载与设计荷载之比,以比较它们的受力和安全性能。结果表明采用自适应遗传算法进行离散变量的网壳结构截面优化设计容易收敛,优化效果良好。如果综合考虑经济和安全因素,设计网壳时,其矢跨比取1/6~1/5比较合适。     

Damage mechanism of single-layer reticulated domes under severe earthquakes

To study the damage mechanism of single-layer reticulated domes subject to severe earthquakes, three limit states of single-layer reticulated domes under earthquakes are defined firstly in this paper. Then, two failure modes are presented by analyzing damage behaviors, and their characteristics are pointed out respectively. Furthermore, the damage process is analyzed and the causes of structural damage in different levels are studied. Finally, by comparing deformation and vibration status of domes with different failure modes, the principles of different failures are revealed and an integrated frame of damage mechanism is set up.     

爆炸荷载下K8型单层球面网壳的数值模拟

为了解大跨度空间结构在爆炸荷载下的响应特征,用ANSYS/LS-DYNA动力有限元软件,建立40 m跨度K8型单层球面网壳在爆炸荷载作用下的有限元分析模型.在材料参数设置、材料本构关系选择、网格尺寸选择与划分方式、结构对称性的应用方面首先进行对比分析,并将爆炸冲击波峰值超压的模拟值与经验公式值进行对比,验证数值模拟的适...     

单层球面网壳与支承结构整体在强震作用下的失效特征

为了研究支承结构对单层球面网壳在强震作用下失效特征的影响,建立了更为精细化的数值模型。采用动力荷载域全过程分析方法研究了单层球面网壳与支承结构整体在强震作用下的特征响应,得到了考虑下部支承结构的单层球面网壳在强震作用下两种不同的失效特征,并建立了网壳结构极限承载力的判别准则,研究了下部支承结构、矢跨比、屋面质量等参数对网壳结构在强震作用下动力响应的影响。结果表明：下部支承对网壳结构在强震作用下的失效特征有显著的影响;随网壳矢跨比和屋面质量减小,结构的极限承载力显著提高,并且塑性程度加深,延性增强。研究结果为建立更精确的网壳结构抗震设计理论提供一些参考。     

单层球面网壳与支承结构整体强震失效特征

为了研究支承结构对单层球面网壳在强震作用下失效特征的影响,建立了更为精细化的数值模型.采用动力荷载域全过程分析方法研究了单层球面网壳与支承结构整体在强震作用下的特征响应,得到了考虑下部支承结构的单层球面网壳在强震作用下两种不同的失效特征,并建立了网壳结构极限承载力的判别准则,研究了下部支承结构、矢跨比、屋面质量等参数对网壳结构在强震作用下动力响应的影响.结果表明:下部支承对网壳结构在强震作用下的失效特征有显著的影响;随网壳矢跨比和屋面质量减小,结构的极限承载力显著提高,并且塑性程度加深,延性增强.     

短程线网壳结构强震作用下的动力强度破坏

为对短程线型单层球面网壳结构进行强震作用下的动力全过程分析,研究了结构的失效机理.对40m跨的短程线型理想网壳结构和考虑初始缺陷的网壳结构进行全过程动力时程分析,考查了此类型网壳结构的动力性能和破坏形式,采用一致缺陷模态法处理初始缺陷,分析初始缺陷对短程线网壳结构动力性能的影响;对具有初始缺陷的网壳结构进行了参数影响分析,分别考查地震作用、杆件截面和屋面荷载三种因素对结构动力性能的影响,研究在不同条件下短程线网壳结构的动力失效机理和破坏模式;将研究结果与其它球面网壳结构进行了比较,验证了已提出的理论框架的合理性和实用性.     

左右梁高不同外加强环式钢框架节点力学性能

为了研究左右梁高不同的圆形钢管柱-H型钢梁外加强环式框架异形节点的力学性能,利用非线性有限元软件ABAQUS建立了三维空间外加强环式钢框架异形节点有限元模型,并进行弹塑性有限元分析.对比分析了不同几何参数对外加强环式钢框架节点的承载能力及初期刚度的影响.结果表明:随着左右梁高度比的增加,节点域的承载力降低,初期刚度增加;增加柱壁厚度和梁翼缘厚度,导致节点域的承载力增加;随着轴压比的增加,节点域的承载力随之降低;柱壁厚度、梁翼缘板厚度以及轴压比对节点域的初期刚度影响较小.