杆件随机初弯曲对半刚性连接单层网壳稳定承载能力影响研究北大核心CSCD

单层网壳结构是一种缺陷敏感型结构,其稳定承载能力受节点刚度和杆件初弯曲的影响较大.为更有效地研究节点半刚性和杆件随机初弯曲对网壳稳定承载能力的影响,引入双单元法实现了对网壳节点半刚度特性的模拟,运用了一种同时考虑节点刚度和杆件初弯曲的数值方法,分析了节点刚度、杆件初弯曲大小和方向的随机性对网壳屈曲承载能力的影响.深入研究了屈曲荷载系数的概率分布,得到其概率分布规律,拟合了关于网壳屈曲荷载系数的对数均值和对数标准差随节点刚度系数变化的折减系数公式.据此可高效简便地推导出网壳屈曲荷载系数的置信区间,从而得到网壳的极限屈曲荷载,为单层网壳结构的稳定承载能力分析提供了一种准确实用的分析方法.     

杆件初弯曲及偏心对单层柱面网壳稳定承载力的影响研究

单层网壳属于缺陷敏感型结构.为理清杆件初弯曲及杆件偏心对单层柱面网壳稳定承载力的影响程度,对1500余例缺陷网壳进行了双重非线性分析,深入研究了两者对网壳稳定承载力的影响程度与规律.研究表明,杆件初弯曲对网壳稳定承载力的影响程度与矢跨比有关,对于文中算例,矢跨比为1/6的网壳的承载能力对杆件初弯曲较为敏感,而其他矢跨比网壳对此不敏感;随着矢跨比的减小,极限荷载的变异系数先增大后减小.杆件偏心对网壳极限荷载的影响程度也有矢跨比有关,杆件偏心对矢跨比为1/6的网壳的极限荷载影响最为显著;网壳的稳定承载能力与杆件偏心的分布形式及大小均有紧密关系.     

杆件初弯曲对网壳结构弹塑性稳定性能影响研究

为研究杆件初弯曲对网壳结构弹塑性稳定性能的影响,采用多段梁法模拟杆件的初弯曲,通过ANSYS软件给出2种建模方法引入网壳结构的杆件初弯曲。根据杆件初弯曲的随机性介绍随机缺陷模态法,以Kiewitt-8型网壳为例解释随机缺陷模态法的模拟过程并考察杆件初弯曲方向角和幅值随机变量对网壳稳定性的影响,由此得到修正的一致缺陷模态法。基于上述方法,分析考虑杆件初弯曲的Kiewitt-6、Kiewitt-8和短程线型单层网壳的稳定性,定量给出杆件初弯曲对不考虑节点偏差结构和考虑节点偏差结构承载力的影响。结果表明：对于不考虑节点偏差结构和考虑节点偏差结构,杆件初弯曲将明显降低结构承载力,并且能够改变结构的塑性发展程度,杆件初弯曲对单层网壳弹塑性稳定性能的影响不可忽略;修正的一致缺陷模态法能够有效评估考虑杆件初弯曲的网壳结构承载力的较小值。     

节点刚度对四边支承单层柱面网壳稳定性的影响

利用ANSYS有限元软件建立了半刚性节点单元模型,对四边支承单层柱面网壳进行了几何非线性全过程分析,主要考察考虑初始几何缺陷和荷载不对称分布情况下,节点刚度变化对柱面网壳稳定性的影响规律.研究结果表明,四边支承单层柱面网壳当缺陷相同时,刚度减弱,极限荷载下降,且抗弯刚度的影响较强;缺陷增大,扭转刚度对四边支承柱面网壳的影响增强;同一刚度下,随着缺陷的扩大,极限荷载呈下降趋势,随着刚度的减小,缺陷对网壳极限荷载的影响程度减弱;荷载不对称分布导致四边支承柱面网壳结构极限荷载降低至对称荷载作用情况的80％左右,缺陷变化使得节点刚度对极限荷载的影响程度有所改变,但对承载力终值影响不大.     

随机杆件初弯曲对K6型网壳稳定承载力的影响研究

单层网壳属于缺陷敏感型结构,初始缺陷对其稳定承载力影响较复杂。为研究随机杆件初弯曲对网壳整体承载力的影响,以K6型单层球面网壳为对象,推导了实现具有杆件随机初弯曲网壳的相关公式,并详细阐述了其在有限元程序中的实现方法,分别研究了杆件初弯曲幅值、弯曲方向角及二者耦合作用对网壳结构稳定承载力的影响程度。主要得出如下结论:当初弯曲幅值δ取为确定值l/1 000时,与理想网壳相比,承载力下降5%左右;当δ取为确定值l/250时,承载力下降14%左右。与随机初弯曲幅值相比,初弯曲方向角对网壳结构稳定承载力的影响较小。同时考虑弯曲幅值与弯曲方向角的随机性时,杆件初弯曲对网壳稳定承载力的影响更为显著。推导的建模公式及其有限元方法可推广至其它类型的空间网格结构中。     

杆件截面对单层网壳结构的影响

运用非线性有限元方法，对不同外径、不同壁厚的网壳承载力进行了计算研究，描述了杆件截面对网壳结构稳定性影响和变化的规律，得出了工程设计中杆件截面选择的建议。     

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.     

折线形单层柱面网壳的稳定分析

折线形单层柱面网壳结构是一种新型的空间结构形式。本文采用几何非线性有限元法,系统地分析了四边支承的折线形单层柱面网壳结构的稳定性,并与光面单层柱面网壳的稳定性作了比较,得到了不同参数对网壳结构极限荷载的影响。文中的一些结论对实际工程有一定的参考价值     

单层柱面网壳失稳区域预测及稳定承载力优化

网壳结构的极限承载力往往由其稳定性能所决定.从杆系结构在失稳前的受力状态分析出发，构建了以杆件的拉压刚度和杆件与节点切平面夹角乘积之和的网壳杆件构形刚度参数.通过对两个不同矢跨比柱面网壳的分析表明，考虑初始几何缺陷后，柱面网壳结构的失稳点发生在杆件构形刚度参数最小的区域；加强杆件构形刚度参数最小区域的杆件截面可以快速提高网壳的稳定承载力，且用钢量较为经济.所构建的柱面网壳杆件构形刚度参数以及衡量稳定加强效果的指标可以较好地预测失稳区域以及指导柱面网壳结构稳定承载力的优化设计.     

弹性支承单层柱面网壳稳定性

本运用非线性有限元全过程分析方法，结合新建的成都双流机场候机楼屋面大跨度单层柱面网壳，对弹性支承的大跨度单层柱面网壳结构的稳定性进行了分析，对比了不同支承条件、不同矢跨比和不同杆件截面对弹性支承的单层柱面网壳稳定性的影响，得出了有实际应用价值的结论。     

半刚性节点对单层球面网壳的影响

单层球面网壳作为网壳结构的一种常见形式,对研究网壳结构有着重要意义。随着计算机的普遍应用,模拟并研究节点半刚性已经成为可能。典型算例结果表明,NIDA程序可以准确考虑各种缺陷和设计参数对钢结构稳定承载力的影响。文章主要利用NIDA软件,在模拟节点不同刚度的情况下,研究半刚性节点对于单层球面网壳位移,内力的影响,对刚度进行静力分析。最后对单层网壳的稳定性进行部分深入研究,全面探究半刚性节点对单层球面网壳性能的影响。从而揭示一阶效应在网壳研究中的弊端,而应该采用二阶效应的研究方法,为今后单层球面网壳的进一步研究提供参考。     

球节点刚度对单层柱面网壳地震响应影响随PGA变化的规律

已有研究发现单层柱面网壳焊接空心球节点刚度对结构的地震响应有一定影响,为了解此影响随PGA(地震动峰值加速度)变化的规律,对相同尺寸的单层柱面网壳精细化模型和常用模型进行了地震响应对比分析。其中精细化模型是按照空心球节点和钢管杆件的实际尺寸建立的壳单元模型;常用模型采用梁单元建模,不考虑球节点。改变PGA后,对比2种模型相同位置节点的位移时程曲线可以看到:随着PGA的增加,精细化模型与常用模型的节点位移响应差值越来越大;PGA超过结构的失稳临界值后,随着PGA的增加,加大精细化模型节点壁厚对提高结构抗失稳能力的作用越来越小。     

节点轴向刚度对圆柱面巨型网格结构静力性能的影响研究

分别利用弹簧单元和大面积梁单元模拟节点轴向刚度和节点域,建立轴向半刚性节点结构的数值分析模型,考虑几何非线性和初始缺陷的影响,进行承载全过程跟踪分析,研究节点轴向刚度对结构静力稳定性、内力和位移的影响。结果表明:轴向刚度对结构影响较大,随着轴向刚度增大,稳定承载力随之增大,杆件内力分布趋于均匀,结构位移减小。进而研究了常用焊接球轴向半刚性节点结构的静力性能。结果显示:考虑实际节点轴向刚度后,稳定极限承载力比节点轴向刚性最大降低30.4%,最大挠度增大16.9%,可见节点刚接或是铰接则过高估计了结构的性能,但经计算发现轴向半刚性节点结构仍然满足设计要求。     

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。     

大庆石油会展中心椭球形单层网壳稳定分析

本文对大庆石油会展中心椭球形单层网壳进行了全面的整体稳定分析。首先进行了线性稳定性分析,预测结构屈曲荷载的上限;然后,运用非线性有限元方法,考虑几何和材料非线性以及初始缺陷的影响,全面分析了网壳在各个工况荷载下的稳定性能,得到较准确的结果。     

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。     

Coupling Effect of Nodal Deviation and Member Imperfection on Load-Carrying Capacity of Single-Layer Reticulated Shell

Single-layer reticulated shell is sensitive to imperfections. To clarify the effect of member imperfection, nodal deviation and their couplings on load-carrying capacity of reticulated shell, the equivalent load method (ELM) is developed in the present study to establish single-layer reticulated shell with random member imperfection, and its realization procedures in FEM package are well-elaborated. The main conclusions are summarized as follows: the proposed ELM is of high efficiency to form member imperfection in space structures. For reticulated shell only with member imperfection, the limit load is more or less influenced by member imperfection. With the increase of amplitude of member bow imperfection, limit load gradually decreases. Load-carrying capacity of reticulated shell with larger amplitude of bowed member is more sensitive to bending direction of bowed member than the one with smaller amplitude. Load-carrying capacity of the reticulated shell considered is extremely sensitive to nodal deviation. For reticulated shell with nodal deviation and member imperfection, the effect of member imperfection on load-carrying capacity is closely related to the magnitude of nodal deviation. Load-carrying capacity of shell with smaller nodal deviation is obviously affected by member imperfection, while not sensitive to member imperfection for reticulated shell with larger one. Member imperfection can be neglected when nodal deviation is large enough. Load-carrying capacity of reticulated shell is also influenced by bending angle of bowed member. On the whole, load-carrying capacity of reticulated shell with larger amplitude of member imperfection is more sensitive to bending direction than the reticulated shell with smaller one.

     

地震行波激励下单层柱面网壳反应分析

考虑地震波的行波效应,采用不同的视波速,对单层柱面网壳结构在行波激励下反应分别进行了弹性和弹塑性计算分析,并与在一致激励下的地震反应进行对比,考察了两者之间的差异,深入分析了大跨度单层柱面网壳结构在行波激励下的地震反应规律,并得出了一些有益于工程实际的重要结论.     

不同矢跨比单层球面网壳的稳定性态

本文深入分析了工程中常用的六种单层球面网壳的稳定性态,对不同形式单层网壳在不同矢跨比和荷载形式的条件下进行了线性稳定及几何非线性稳定分析,说明单层球面网壳失稳的类型与矢跨比的关系,为工程应用提供有价值的数据资料。     

支座水平滑移使柱面网壳结构成型施工新方法研究

介绍一种以支座水平滑移方式使柱面网壳结构快速成型的施工(专利)新方法,并结合工程算例,用时变结构力学分析计算方法与常规设计计算方法分别对结构施工全过程进行了受力分析和对比。