单层球面网壳火灾爆炸动力响应

以K8型单层球面网壳为研究对象,考虑几何非线性和温度对材料性能的影响,完整模拟了单层球面网壳在发生火灾的不同阶段受到爆炸冲击作用时的动力性状。据B-R准则,通过爆炸峰值超压与结构动力特征响应之间的关系,可判定K8型单层球面网壳在不同火灾阶段,爆炸冲击作用下的动力稳定性临界峰值超压。分析了单层球面网壳的矢跨比、屋面荷载、约束布置等参数对其在不同火灾阶段的爆炸冲击动力稳定性的影响。研究表明:火灾对网壳结构在爆炸冲击作用下的动力稳定性有较大影响,当网壳杆件最高温度达500℃以上时,结构的抗爆能力明显降低。矢跨比、屋面质量、约束布置对网壳在火灾不同阶段的抗爆能力均有不同程度的影响。     

考虑下部支承效应的单层柱面网壳结构抗震性能研究

为研究下部支承对单层柱面网壳整体结构抗震性能的影响,建立了包含下部支承的整体结构有限元模型。通过增量动力分析方法对典型算例开展参数分析,分析了下部支承刚度、屋面荷载等参数对整体结构抗震性能的影响规律。结果表明：考虑下部支承与单层柱面网壳的耦合效应后,结构的自振频率减小,整体结构的刚度明显减弱;单层柱面网壳耦合体系的强震失效模式为强支承结构的网壳动力强度破坏与弱支承结构的支承动力强度破坏;随着支承刚度的增加,整体结构的承载力先减小后增大,网壳结构的塑性发展程度先增加后减小,下部支承结构的塑性发展程度逐渐减小;支承刚度越大,屋面荷载对结构承载力的影响越明显,整体结构的承载力随着屋面荷载的增加逐渐降低;考虑下部支承后整体结构的承载力降低了42.4%~85.5%,降低的原因主要包括下部支承结构的动力放大作用和柱间的不同步效应。     

单层球面网壳的弹塑性稳定性

为了解和掌握单层球面网壳在静力荷载作用下的弹塑性稳定性能,采用有限元软件ANSYS及自编的前后处理程序对典型单层球面网壳结构稳定性能进行对比分析,初步了解了球面网壳弹性与弹塑性稳定性能的主要差异。在此基础上进行了1000余例K8型单层球面网壳弹性、弹塑性全过程分析,同时考虑竖向均布荷载的不对称分布、初始几何缺陷等因素对球面网壳稳定性能的影响,掌握了以上因素变化对球面网壳弹塑性稳定性能的影响规律,并将其定量化。最后,通过对弹性、弹塑性稳定极限承载力的统计分析,提出适用于K8、K6型球面网壳的塑性折减系数,用以表示材料非线性对极限承载力的影响。这些成果的获得为进一步开展网壳结构的弹塑性稳定性能研究以及工程实践提供了理论依据和技术参考。     

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。     

大矢跨比单层球面网壳动力试验模型弹塑性稳定分析

为了解水平地震作用下具有不同失效机制的单层球面网壳结构在静力荷载作用下的弹塑性稳定性能,利用有限元软件ANSYS,对两个矢跨比为1/2的单层球面网壳结构试验模型进行双重非线性全过程分析,获得结构的弹塑性极限承载力,比较二者的失稳模态,初步了解二者之间的差异。考察结构杆件屈曲、初始缺陷等因素对结构稳定性能的影响,并分析各因素对结构极限承载力的影响规律。结果表明,地震作用下,具有强度破坏特征的网壳结构在静力下的失稳模式表现为结构的整体失稳,而发生动力失稳破坏的结构则表现为局部失稳破坏。杆件失稳和初始缺陷使结构的临界荷载大幅度降低,且地震作用下属于强度破坏的单层球面网壳结构在静力下对初始缺陷的敏感性大于动力失稳破坏结构。     

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。     

单层网壳结构在地震作用下的弹塑性动力响应研究

采用U L有限元列式 ,基于各向同性强化模式 ,Von Mises屈服准则和Prandtl Renss增量理论 ,针对强烈地震作用 ,考虑结构的几何和材料非线性 ,研究单层网壳在多维地震作用下的弹塑性动力响应计算。提出了一种有效的适用于网壳结构非线性动力响应的增量 /迭代有限元计算方法 ,考虑了转角大位移的精确计算 ,并对一个短程线形单层球面网壳结构进行了地震响应的双重非线性时程分析研究 ,探讨了结构的延性抗震性能     

不同类型单层球面网壳结构弹性屈曲分析研究

文章利用ANSYS软件对三种类型的单层球面网壳结构进行弹性屈曲分析,在网壳尺寸及杆件截面相同的条件下,研究了网壳杆件分布形式对网壳屈曲临界荷载和屈曲模态的影响。研究结果表明:杆件分析形式对网壳屈曲临界荷载有较大的影响,其中,临界荷载从大到小依次为肋环斜杆型、K6型网壳、肋环型单层球面网壳;模态分析表明肋环斜杆型单层球面网壳稳定性最好。     

单层球面网壳在简单动荷载作用下的失效研究

本文同时考虑了几何非线性与材料非线性,对单层球面网壳结构在简谐荷载、阶跃荷载作用下进行了动力响应分析。通过对极限荷载、最大节点位移及塑性杆件比例这些重要参数的统计、分析和归纳,剖析了单层球面网壳结构在简单动荷载下的失效机理。同时,通过比较刚度矩阵,进一步研究了结构在动载与静载下的失效差别。     

大跨度单层混合型球面网壳非线性稳定性研究

本文采用大型通用有限元软件ANSYS对大跨度单层混合型球面网壳弹塑性稳定性进行研究,分析了初始缺陷、荷载不对称分布、支承条件及非线性对网壳稳定性的影响,并研究了初始缺陷对网壳动力稳定性的影响情况。     

单层柱面铝合金网壳结构强震失效机理及地震易损性

通过有限元分析软件ABAQUS建立了单层柱面铝合金网壳结构的有限元分析模型,利用增量动力分析方法（IDA）对网壳结构进行强震作用下动力响应全过程分析,获得了单层柱面铝合金网壳结构强震失效模式。基于模糊数学理论提出单层柱面铝合金网壳结构强震失效判别方法,结合结构损伤理论拟合网壳结构强震损伤因子,通过大规模参数分析定义适用于铝合金网壳结构的损伤程度分级,对铝合金网壳结构不同损伤状态进行划分。通过随机抽样选取一定数量的结构-地震样本,对铝合金网壳结构开展地震易损性分析,通过回归分析建立地震易损性函数,获得单层柱面铝合金网壳结构的概率地震易损性曲线。结果表明：通过结构地震易损性分析可以看出铝合金网壳结构具有良好的抗震性能,在强震作用下保持基本完好或仅有轻微破坏的概率较大。     

Elasto-plastic instability of single-layer reticulated shells under dynamic actions

This paper addresses the issue on dynamic collapse mechanism of single-layer reticulated shells subjected to harmonic load, sudden load and seismic load. The method for failure mechanism has reviewed the relationship between the response of the reticulated shell and the peak acceleration of dynamic action. Besides, the steel damage accumulation is considered in the method by compiling a user subroutine based on the computing program ABAQUS. An example is introduced to describe dynamic instability collapse resulting from geometric nonlinearity of the shell and the other example is presented to describe strength failure resulting from excessive development of plastic deformation, for it is discovered that the structure is not only to be prone to instability collapse in dynamic action. According to the responses of the single-layer reticulated shell under dynamic loads, this study discusses the relationship between the failure model and the corresponding dynamic load parameters. Then, the method for distinguishing failure modes is proposed based on the fuzzy synthetic evaluation theory and the structural responses of sufficient samples at the failure state. The technique feasible to be used to distinguish different failure modes of single-layer reticulated shells under different dynamic loads is validated.     

联方型单层球面网壳的地震响应

以40 m跨度的联方型单层球面网壳为分析对象,并以位移准则作为动力稳定性判别方法,分析了该网壳受地震作用下的动力响应,得到了联方型网壳结构达到失稳临界峰值后,继续施加荷载,网壳结构位移不会突增,不会因达到失稳临界值而突然倒塌的结论。     

非对称荷载对大跨度非规则单层网壳结构性能的影响

以某大跨度非规则单层网壳为研究背景,应用ANSYS通用有限元分析软件对网壳结构进行了建模并重点模拟了风荷载、雪荷载、温度效应等多种非对称荷载作用,进行了静力分析、特征值屈曲分析以及非线性稳定分析。得到了网壳结构在15种典型荷载组合下的内力、位移结果,分析了非对称荷载对网壳结构静力性能的影响;考虑了几何非线性、材料非线性、初始缺陷,得到了网壳结构在非对称荷载作用下的稳定系数,分析了非对称荷载对网壳结构稳定性能的影响。强调指出非对称荷载作用在大跨度单层网壳结构设计中的重要性,为大跨度非规则单层网壳设计提供参考。     

正三角形立体管桁架与单层柱面网壳杂交结构的设计与分析

将正三角形立体管桁架和单层柱面网壳结合起来形成一种新型波浪式屋盖造型的结构体系,可充分发挥两种结构形式的优点。通过分析结构设计的计算结果发现,结构对地震反应较弱,静力计算下结构各杆件的内力均大于多遇地震计算,强度及刚度主要由静力计算决定。在对其进行设计的基础上,分别采用SAP 2000、ANSYS对结构进行动力弹塑性分析、线性屈曲分析和考虑初始缺陷的非线性全过程屈曲分析;在罕遇地震作用下结构只出现少量塑性铰,呈"梁铰破坏"机制,满足延性设计要求,弹塑性位移角均满足规范要求,结构抗震性能良好;在稳定性分析中,结构表现为中部网壳的局部失稳,结构具有较高的稳定承载力。因此结构薄弱部位应在设计中予以加强。     

近场与远场地震动作用下单层柱面网壳结构易损性分析

与远场地震动不同,近场速度脉冲型地震动具有瞬时能量大、幅值大、脉冲周期长等特点,但目前少有学者关注其对网壳结构的影响。以三向网格型单层柱面网壳为研究对象,采用40条近场速度脉冲型地震动及40条远场地震动作为输入,对9例网壳结构进行增量动力分析,基于分析结果建立网壳结构的概率地震需求模型及抗震能力模型,获得网壳结构的易损性曲线,并对比研究两组地震动作用下网壳结构的极限状态失效概率。结果表明：与远场地震动相比,近场速度脉冲型地震动会造成单层柱面网壳结构更为严重的损伤,且损伤指数的离散性更大;近场速度脉冲型地震动作用下单层柱面网壳结构的极限状态失效概率要显著大于远场地震动作用下的极限状态失效概率。     

Wind loading and its effects on single-layer reticulated cylindrical shells

In this paper, the wind load distribution as well as its effects on single-layer reticulated cylindrical shells, which are widely used in practice, is investigated. At first, wind pressure distributions on three rigid cylindrical shell models considering different shape ratios are measured simultaneously in a wind tunnel. Some special characteristics of the measured wind pressure, especially its fluctuating component, are discussed. Then, considering the special structural mechanical behaviors, the effects of wind load, especially the fluctuating component, on the limit load-carrying capacity and the stability of the shells are investigated by both equivalent static analysis and dynamic analysis. Suitable methods to get a reasonable estimation of wind load effects in estimating the equivalent static wind load distribution for such shells are investigated. Finally, with comparison analyses using different methods mentioned in this paper, the efficiency of the method in estimating the effective wind load distribution presented by the authors previously for single-layer reticulated spherical shells is demonstrated, and some advices for estimating the wind load distribution on single-layer reticulated cylindrical shells is given for wind-resistant design in practice.     

地震多点输入下K8单层球面网壳结构响应研究

地震动经过长距离传播到达结构场地时会存在空间变化,考虑地震动空间变化性的多点输入比一致输入更符合实际。采用时程分析法,计算不同屋面质量、不同矢跨比和不同杆件截面尺寸的90m K8单层球面网壳结构在多点输入下和一致输入下的地震响应,研究网壳结构地震空间相关性效应与结构参数的关系。分析结果表明:结构参数变化对多点输入下结构的拟静力响应和动力响应影响不同,致使地震动空间变化性对不同参数结构的影响有较大差异。通过系统的参数分析表明:轻质屋面、小矢跨比、大杆件截面尺寸网壳结构受地震空间变化影响较大。     

柱面拱支网壳静力性能分析

拱支网壳结构体系是在综合了网壳(网架)及拱结构的优点的基础上,构思出的一种新型大跨度空间杂交结构形式。通过与一般柱面单层网壳结构的对比,对不同矢跨比的单层柱面拱支网壳结构考虑不同拱肋配置下的静力性能,特别是结构极限承载能力及对初始几何缺陷的敏感性进行了分析比较。介绍了几个采用单层柱面网壳结构作为屋面结构的工程实例及其采用拱肋加强后的实际效率。理论分析结果及工程应用表明,在拱结构的帮助下,柱面单层拱支网壳结构的静力性能得到了明显的改善。