具有随机几何缺陷的大跨度单层球面网壳稳定性分析

网壳结构的稳定性是单层网壳结构设计中的关键问题。采用改进随机缺陷法对一大跨度K8型单层球面网壳进行随机缺陷稳定性分析,并研究非线性（几何非线性、材料非线性）、缺陷最大值等因素对单层网壳承载能力和临界荷载分布规律及其统计参数的影响。结果表明,单层球面网壳的临界荷载对曲面形状的安装偏差非常敏感,初始几何缺陷的影响非常大。缺陷最大值的增大将会使样本的最大值、最小值、均值及设计临界荷载显著下降,缺陷最大值对样本均方差的影响较复杂。材料非线性对大跨度单层球面网壳极限承载力的影响比较显著和复杂,对同一样本的影响有规律可循,但在不同样本之间没有必然的联系,在单层网壳结构设计中进行弹塑性稳定性分析是非常必要的。     

单层网壳各向初始缺陷敏感性分析

单层网壳属于缺陷敏感结构,缺陷的存在会使得结构的稳定承载力降低,以往主流的缺陷考虑方法包括一致模态缺陷法和随机模态缺陷法,且这两种方法在缺陷引入时均假定缺陷是沿各向分布的,没有对缺陷方向做出明确说明。本文在随机模态缺陷法的理论基础上,采用有限元软件ABAQUS对700余例凯威特6型网壳进行非线性稳定分析,通过对不同方向上缺陷的引入,发现网壳节点安装偏差中的竖向偏差往往起到控制作用,仅引入节点竖向安装偏差所得的稳定承载力值接近于全方向缺陷情况,且二者的非线性屈曲模态也较为相同。同时,在竖直向缺陷与水平向缺陷共同作用下,水平向缺陷的影响会被掩盖,即在已有竖向缺陷前提下再次施加水平向缺陷对稳定承载力影响不大,二者耦合时竖向缺陷会起到控制作用。     

单层网壳结构稳定分析中初始几何缺陷最大值的研究

初始几何缺陷的分布模式与大小对单层网壳的稳定性有较大影响.采用随机缺陷模态法,对K8型单层网壳进行了1 200例模型结构的弹塑性荷载-位移全过程分析.综合考虑结构的受力状态、初始几何缺陷对结构稳定的影响程度以及实际施工情况等因素,提出了初始几何缺陷最大值的合理取值.研究表明:随着初始几何缺陷最大值的不断增加,单层网壳结构受力状态由以薄膜内力为主逐渐向以弯曲内力为主转变,当初始几何缺陷最大值增大至跨度的1/300时,结构的受力状态不再以薄膜内力为主;若以轴向应力为主杆件的弯轴应力比统计均值不大于0.25,且其所占有效杆件的百分比统计均值不少于70％时,可认为结构的受力状态是以薄膜内力为主;当缺陷影响系数取0.5时,初始几何缺陷对结构稳定性能的影响显著;初始几何缺陷最大值取跨度的1/500较为合理.     

板片结构稳定性分析的改进随机缺陷法

初始几何缺陷对板片结构体系稳定性的影响是板片结构计算和设计中的一个关键问题。提出一种考虑初始几何缺陷的改进随机缺陷法 ,它弥补了一般随机缺陷法人工计算量大的缺点 ,也回答了设计临界荷载和一致缺陷法得到的临界荷载的可靠性问题。实例为一试验模型 ,通过理想模型、一致缺陷法、改进随机缺陷法以及试验结果的对比 ,得出一些对板片结构体系设计和研究有益的结论。     

K8-联方单层网壳的静力稳定性分析

基于大型通用有限元分析软件ANSYS/APDL的PDS模块以及自编的前后处理程序,对K8-联方混合型单层球面网壳进行静力稳定性研究,通过对9 300个算例的计算、统计和分析,研究矢跨比、频数比以及初始缺陷等参数对网壳稳定承载能力的影响,并在统计分析的基础上提出适当的初始缺陷值以及具有较高保证率的N阶缺陷模态法。     

异形单层网壳结构体系优化与整体稳定性研究

单层网壳是近年来大型场馆的常用结构形式,具有结构轻薄、造型多变的特点。由于单层网壳平面外刚度小,因此其整体稳定性是结构设计需要考虑的关键问题。以实际工程案例为背景,研究了异形单层网壳结构的结构受力机制,对不同结构方案的挠度控制效果和经济指标进行了优化比选。采用ANSYS软件对优化完成后的网壳体系进行模态分析,考虑初始几何缺陷的双重非线性整体稳定分析,并分析了整体稳定性对几何缺陷的敏感度。一系列分析证明:通过加强体系的鲁棒性,可在降低用钢量的情况下,使结构稳定承载力仍满足设计要求。     

单层网壳结构稳定性分析

介绍了网壳结构非线性全过程分析的理论和方法,利用大型通用有限元分析程序对单层球面网壳结构进行建模及求解,通过分析单层球面网壳的载荷-位移曲线,对单层球面网壳的失稳形态和稳定性能进行了研究,对影响单层球面网壳稳定性的多种因素进行了分析和总结,指出影响单层球面网壳稳定性的几个主要因素,较精确地确定单层球面网壳结构稳定性极限承载力,提出的简便计算公式。     

随机初始缺陷对单层球面网壳承载力的影响研究

单层球面网壳属缺陷敏感型结构。为研究杆件初弯曲、节点偏差及二者耦合作用对单层球面网壳整体稳定承载力的影响,首先推导了实现杆件初弯曲的相关算式,并阐述了其有限元实现方法;然后采用3种建模方法,分别研究了随机杆件初弯曲、随机节点偏差及二者耦合作用对网壳稳定承载力的影响程度。计算结果表明:随机杆件初弯曲对网壳的稳定承载力有显著影响,与理想网壳相比,当δ=l/1 000(l为杆件长度)时,极限荷载平均下降了约16.3%,且服从正态分布;随机节点偏差越大,网壳的极限荷载越小,离散性越大;杆件初弯曲与节点偏差耦合作用对网壳稳定承载力影响显著,对于所考虑的最大初弯曲幅值与节点偏差,极限荷载下降了17.8%~27.2%;权衡精度与计算量,研究具有杆件初弯曲网壳的稳定承载力时,宜采用8~10根等代直梁等代每根初弯曲杆件。     

半刚性节点单层球面网壳整体稳定性分析

上海国际会议中心单层球面网壳采用的贯通式节点属于半刚性节点,这种节点的弯矩一转角关系可以采用分段等效剐度的方法来考虑。本文采用一致模态法分析了考虑节点刚度和不考虑节点刚度时的网壳在两种荷载工况下的整体稳定性,并研究了节点刚度对网壳整体稳定性的影响。     

单层球面网壳的静力稳定性分析

利用有限元程序ANSYS对某单层球面网壳进行了静力稳定性分析,得出了其在集中力、半跨均布荷载和全跨均布荷载下屈曲的全过程曲线,并进行了分析,分析结果表明:网壳在集中力作用下屈曲的变形最小;不对称荷载作用对网壳稳定承载力影响较大。     

改进的复形法与索承网壳结构的索力优化

根据索承网壳结构受力特点 ,从适合工程应用的角度出发 ,提出双控目标函数满意度法 ,建立索力优化的数学模型 ,采用改进的复形法研究了选定截面情况下的索力优化 ,并附有算例 ,对其结构设计以及工程应用有一定参考价值。该法可供索拱结构、张弦梁结构等空间杂交索结构体系的索力优化借鉴。     

K6型单层球面网壳的弹塑性稳定

本文有计划地对1200余例实际尺寸的K6型单层球面网壳进行了双重非线性全过程分析,求得了它们的极限承载力,系统地考察了初始缺陷和荷载不对称分布等因素对网壳性能的影响,并重点讨论了材料非线性对网壳极限承载力的影响.通过这种大规模参数分析研究,较全面了解了K6型单层球面网壳弹塑性稳定性能的规律,在此基础上对以往仅考虑几何非线性的网壳极限稳定承载力实用公式进行了修正.     

考虑整体稳定的单层网壳截面优化设计

整体稳定性是单层网壳结构设计中的一个关键问题.在进行此类结构的优化时,必须考虑整体稳定性的影响才能得到符合规程要求的设计.本文综合考虑了位移、应力和杆件稳定以及结构整体稳定性条件,提出了基于最优准则法的优化设计方法,可按照钢结构设计规范和网壳结构规程的要求,对单层网壳结构进行杆件截面设计.     

钢框架的高等分析与设计

针对现行钢结构设计方法的缺陷与不足,强调了钢结构进行高等分析与设计的重要性,从结构整体稳定的角度,基于改进塑性铰方法,讨论了计算单元、初始缺陷的引入、节点连接刚度及构件的塑性设计、结构的二阶分析等钢结构高等分析的基本要点,并对现行的极限状态分项系数法和改进塑性铰分析方法进行了比较。典型算例结果表明,采用的方法和NIDA-NAF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,钢结构高等分析设计是现代钢结构设计发展的方向。     

应用摩擦摆支座的单层球面网壳地震响应分析

为研究摩擦摆支座对网壳结构抗震性能的影响,本文分析摩擦摆支座的隔振机理,应用LS-DYNA有限元软件对摩擦摆支座进行实体建模,并验证该种建模方法的正确性。将静力作用下的铰支座和摩擦摆支座单层球面网壳的力学性能进行对比,结果表明应用摩擦摆支座使网壳结构的初始变形增大;在此基础上,对应用摩擦摆支座的单层球面网壳施加不同强度的地震动,从杆件轴力、节点加速度和节点相对位移三个方面对结构的动力响应特性进行分析,并讨论摩擦摆支座在单层球面网壳结构中的有效性和适应性,得到随着地震动强度的增加,轴力振动幅值减小的杆件数目及加速度和相对位移减小的节点数目也是增加的结论。最后,通过对最外环杆件截面加强,对应用摩擦摆支座的单层球面网壳同样进行地震响应分析,讨论外环杆件加强对结构抗震性能的影响。     

单层肋环型椭圆穹顶网壳整体稳定性分析

大跨网壳结构具有高度的几何非线性,结构设计一般由整体稳定性控制.本文以北京某单层肋环型椭圆穹顶网壳工程为背景,利用非线性有限元计算方法,对其整体稳定性进行了线性特征值屈曲、弹性屈曲以及弹塑性屈曲三方面的分析,并求得了它们的极限荷载.同时,还考察了钢材的屈服强度以及初始缺陷对极限荷载的影响,并将数值计算结果与拟壳法所得的设计临界荷载进行了比较,得出的结论对实际工程具有一定参考价值.     

随机缺陷场对网壳结构性能影响的研究

施工误差、杆件的初偏差等不可控制因素必然导致网壳结构具有一定的初始缺陷.初始缺陷及其随机性是影响结构稳定和承载力的重要因素.基于标准正交基的随机场展开法为理论基础,通过对随机初始缺陷相关结构的分解将其投影在结构屈曲模态正交基上.算例表明,本方法可以用较少的随机变量描述原随机缺陷场,从而全面高效地寻求初始缺陷的最不利分布形式,保证缺陷敏感性结构具有较高的安全可靠性,适用于大型工程结构的随机缺陷分析.     

新型索承网壳结构静力、稳定性分析

索承网壳是基于单层球面网壳和张拉整体体系的一种合理的新型杂交大跨空间结构，本讨论了索承网壳的结构组成、成形过程和受力原理，并结合一个工程实例，进行非线性有限元静力分析、特征值屈曲分析、非线性屈曲分析以及有初始缺陷的非线性屈曲分析，并与同样形式的单层网壳结构进行了比较，系统地研究了索承网壳的受力特性。结果表明索承网壳改善了结构的受力状态，增大了网壳结构的强度、刚度和稳定性，有着很高的结构效能，具有跨越大跨度的潜力，应用前景广阔。