异形单层网壳结构的整体稳定性研究及关键节点分析

单层网壳结构属于缺陷敏感结构,整体稳定问题是结构设计的关键.单层网壳结构可以采用空间相贯节点,有必要对节点进行三维实体有限元分析,在此基础上研究节点的力学性能.本文总结了单层网壳结构整体稳定分析的方法,归纳了空间相贯节点三维实体有限元分析方法;针对异形单层网壳结构,研究了结构的静力性能、结构网格与建筑形状对结构承载能力的影响,确定了结构的弹性稳定承载力和弹塑性稳定承载力;对空间相贯节点进行了有限元分析,得到节点处应力的分布情况,并研究了节点隐蔽部位有无焊缝对节点力学性能的影响.结果表明:异形单层网壳的曲率变化和结构网格对关键部位处杆件受力影响较大;稳定承载力对单层网壳结构起控制作用,对此异形单层网壳进行弹塑性稳定分析,结构安全系数达到24;隐蔽部位焊缝对节点承载力的影响较大,设置隐蔽部位焊缝后,节点处各杆件的最大应力可减小20%以上.

单层网壳圆柱体节点受力分析

采用FEA NX和midas Gen软件,对实际工程中单层网壳结构的圆柱体节点进行有限元计算分析,得出圆柱体壁厚、盖板影响此节点形式的受力性能的一些结论。

基于杆系离散元理论考虑构件断裂的单层网壳结构倒塌破坏模拟研究

塑性铰模型计算效率高,可快速获得结构宏观破坏模式,韧性断裂损伤模型从微观机制揭示钢材的断裂机理,可较准确预测钢材的断裂行为。为此,该文基于杆系离散元理论,将两者联合建立构件断裂模拟算法,既具有计算效率高的优势又保证构件断裂模拟的精度。首先介绍杆系离散元法的基本理论,以及宏观塑性铰模型和微观韧性断裂损伤模型具体计算流程;然后给出将两者联合分析的具体实施策略,即以接触截面边缘最不利点处的应力作为整个截面的应力状态,进而调用韧性断裂损伤模型。最后采用Fortran语言编制相应的分析程序,并通过悬臂梁断裂算例和单层网壳振动台倒塌试验,验证该算法对模拟杆件断裂行为的可行性和有效性。杆系离散元法模拟构件断裂时,截面发生开裂,颗粒间发生脱离是一个自然的过程,无需其他任何修正即可实现结构由连续体状态向断裂后非连续体状态过渡,与有限元方法相比,不存在网格畸变重划分、迭代不收敛的问题,更具计算优势,为大跨空间网壳结构倒塌破坏分析提供新的计算手段。

单层网壳结构初始几何缺陷场模拟方法研究进展

单层网壳结构的安全性很大程度上取决于其稳定承载力,而其制作及安装过程中产生的节点几何偏差初始缺陷对其稳定承载力具有重大影响。对单层网壳结构初始几何缺陷场模拟方法的研究进展和现行规范的规定进行了系统综述和分析,结果表明既有的随机性模拟法、确定性模拟法和半随机性模拟法均存在一定问题,规范所推荐的初始缺陷模拟方法脱离实际,因而无法准确确定单层网壳结构稳定承载力的真实概率模型。因此,亟待提出一种考虑结构拓扑约束、基本假定合理、计算成本可控的初始几何缺陷场模拟方法,为完善单层网壳结构整体稳定分析方法提供科学依据,并为分析其稳定可靠度提供理论基础。

大跨度装配式单层网壳十字形半刚性螺栓连接节点抗弯性能研究

装配式连接节点是大跨度装配式单层空间网壳结构体系的关键。提出一种适用于大跨度单层网壳结构的十字形板装配式节点。该节点由圆钢管、十字形钢板、角钢、矩形连接盖板、圆盖板和高强螺栓组成,其中圆钢管、盖板、十字形钢板在工厂焊接,现场将十字形板和角钢、矩形盖板用高强螺栓连接。该节点通过设置角钢、矩形连接盖板和十字形钢板螺栓连接,在节点受到弯曲荷载时,角钢和矩形连接盖板可以首先承受弯曲荷载,从而减少节点内侧的十字形钢板塑性损伤,并且提高节点的抗弯性能。利用有限元模拟方法,构建新型连接节点有限元模型,分析了十字形钢板和角钢厚度等变量如何影响节点在平面内外的抗弯性能。通过对各组成部分尺寸的参数化研究,得到了这些因素对所提出的连接节点平面内外抗弯性能的影响规律。研究结果表明,采用角钢与矩形盖板相连接形成的十字形节点,在抗弯刚度和承载力方面表现出了优异的性能。通过调节十字形板厚度、螺栓个数、角钢和盖板厚度可调控节点的初始抗弯刚度和抗弯承载力。基于刚性节点设计方法,对该半刚性节点进行尺寸理论设计,结果表明该方法可以保证节点弯矩设计值基本达到圆钢管的屈服弯矩,满足设计要求,提高节点安全。

复杂异形单层网壳结构施工技术

复杂异形单层网壳结构设计优美、造型独特,但是建造难度大。网壳结构常规采用分片吊装、高空分片对接、补管的方法施工,复杂异形单层网壳结构施工过程需要经过严密计算,基于midas Gen软件进行仿真模拟,优选支撑架设置数量和位置及支撑架卸载次序和时机,实现整体结构施工过程的稳定,最终实现网壳结构的设计状态。

庐山杏林植物园温室空间铝单层网壳结构设计

庐山植物园温室项目位于江西省庐山市,采用空间铝单层网壳结构体系。针对单层网壳结构变形大、整体稳定性较差等问题,经过研究该项目的建筑造型和曲面划分,在网壳边缘的开口位置及曲面衔接位置设置钢箱梁的方式对该体系进行加强,并采用3D3S结构计算软件完成了结构的静力分析和整体稳定分析,并通过ABAQUS有限元软件对关键节点进行了节点有限元分析,分析结果证明该项目结构可满足规范设计要求,安全可靠。

三向分格单层网壳结构无胎架安装施工技术

保定爱情广场项目1#采光顶为椭圆形三向分格单层网壳结构,长短轴跨度大,距地高度高,施工难度较大。本文采用“地面分段加工,高空散拼组合,先主龙骨后次龙骨,无胎架安装”的施工工艺,在其下搭设钢丝绳软平台作为操作平台,采用SAP2000中框架单元模拟索结构受力过程,利用ANSYS14.0进行结构上反梁受力分析。研究表明:高空散拼无胎架施工工艺安装精度及整体沉降符合预期,钢丝绳受力的安全系数及结构反梁的受力位移均可满足规范要求。

单层网壳竖向激励下多维减振阻尼器布置研究

大跨空间结构的阻尼器最优布置位置确定过程复杂。文中提出了一种从能量角度出发,以应变能增量占比系数(increment coefficient of strain energy,ICSE)为评价指标的方法,从而确定阻尼器替换杆件位置。基于提出的适用于单层网格形式大跨空间结构的多维减振阻尼器,以某肋环斜杆型大跨单层网壳为例,对比分析了强震激励作用下所提出的布置方法与其他布置方法的减振效果,验证了所提出的布置方法的合理性以及在单层球面网壳中的适用性。结果表明:采用本方法,能够将结构所有节点竖向加速度峰值均方根降低15.80%~39.11%,将顶点竖向加速度幅值降低27.74%~54.95%。所提出的布置方法可以避免场地特征等因素的干扰,有效降低单层球面网壳结构的竖向振动响应。

基于杆件构形刚度参数均匀化的单层网壳稳定性能优化

为实现网壳各节点抵抗荷载能力的均匀分布,提升结构稳定承载力,基于网壳结构受力特点,引入了单层网壳结构的杆件构形刚度参数。以结构杆件构形刚度均匀化为目标,将网壳杆件截面尺寸作为优化变量,采用惯性权重改进后的粒子群算法对网壳的杆件截面进行优化配置。优化结果表明,构形刚度方差能较为准确地反映结构的杆件构形刚度均匀程度。通过粒子群算法优化后求得的杆件配置可以使网壳结构接近于等稳定性,最大程度地提升结构的稳定极限承载力。

某超长异形曲面单层网壳结构设计与分析

秦皇河国家湿地修复及保护技术中心包含四季植物温室、接待中心、综合服务中心、湿地修复展厅、植物科普体验馆(城市展厅)、设备用房以及室外灰空间等。5个单体通过一个自由曲面的大跨度屋盖连成整体,上部为大跨单层钢网壳屋盖,下部为钢筋混凝土框架。本工程存在超长、异形、大跨等复杂情况,设计时进行多软件复核计算、抗震性能化设计、抗连续倒塌验算、网壳非线性稳定及支座刚度敏感性分析、复杂构件及节点细部有限元分析等计算分析并采取合理的构造措施,保证整体结构的工作性能和结构的经济性。

内爆炸下单层网壳的破坏模式和泄爆阀值研究

采用有限元通用软件LS-DYNA建立数值仿真模型,对K8型单层网壳在内爆炸下的破坏模式进行数值分析计算,研究了不同参数对网壳的影响。同时根据不同工况下围护结构的破坏特点,对围护结构的失效模式进行分类,并引入了结构泄爆阀值的概念,计算出了不同失效模式下的泄爆阀值。研究结果表明,结构中心发生爆炸不利于泄爆,连接件与炸药量对围护结构破坏模式影响很大,合适的连接件刚度可以使围护结构先产生泄爆口,降低结构的爆炸响应,减小主体结构的损伤程度。得出的泄爆阀值与连接件刚度间的关系,可为K8型凯威特单层网壳的抗爆设计提供参考依据。

某自由曲面单层网壳钢屋盖设计分析

宿迁某工程由6个混凝土框架结构及连于6个单体之间的自由曲面单层网壳钢屋盖组成。单层网壳长76m,宽13~39m,由三个不同高度的波峰形成平滑自由曲面。本文针对此单层网壳,通过结构试算进行找形分析,对不同网格划分角度及不同波峰高度进行对比计算,选取结构受力最优曲面;另外,采用适合此单层网壳的支座形式,分析结构振型、位移、承载力、屈曲模态及双非线性稳定等受力性能及指标,保证结构承载能力极限状态及正常使用极限状态;同时,对关键节点进行有限元分析,进一步保证结构安全性,并探讨不同节点加劲肋布置形式的受力性能及可行性。本工程可为类似自由曲面单层网壳结构的设计分析提供一定技术借鉴。

异形单层网壳结构造型与关键问题研究

该项目为上海工程技术大学异形自由曲面单层网壳天幕,在结构设计时进行了多轮优化,可为异形单层网壳的结构选型优化提供一种思路。该项目根据单层网壳的结构特点,首先利用有限元软件SAP2000对比不同的结构布置形式,以及使用不同材料对结构刚度的影响,结合建筑造型要求确认初步方案;后利用曲面优化找形软件Rhino进行曲面找形,调整至最佳形态并确定最终方案;最后进行全过程分析。重点阐述了该单层网壳结构的形态优化思路,介绍了单层网壳的结构体系优化、自由曲面找形、静力特性、动力特性、极限承载力分析和节点优化设计。分析结果标明,该单层网壳结构经过优化,能达到结构建筑一体化设计的要求,满足结构安全和建筑意向,该优化方向及方法可应用于类似形态的单层网壳结构中。

许昌体育中心阳光谷单层网壳结构的设计与分析

许昌体育中心阳光谷为由方钢管构成三角形网格围成的单层环状网壳,通过支座埋件与地库顶板混凝土梁固定连接,底部在相对的两侧设有人行道开口。校核了阳光谷网壳的结构承载能力,并进行了线性整体屈曲和非线性极限稳定承载力分析。同时考虑底部支座的连接状况,对支座的铰接和刚接进行包络设计。结果表明阳光谷的承载能力、线性与非线性稳定性能均满足设计要求。最大强度和稳定应力比出现在人行道开口处杆件,同时屈曲分析中有关此处屈曲模态的稳定系数最小,最容易发生屈曲。阳光谷底部铰接与刚接都能满足承载力要求,底部铰接的线性与非线性稳定系数小于底部刚接情况。分析结果对阳光谷单层网壳的设计优化提供可靠的依据,并为类似结构设计提供参考。

单层网壳结构稳定性研究及可靠度分析

为解决大跨度和大空间曲线单层网壳结构的稳定性问题及可靠度计算,以某城市火车西站拱形站房屋面单层网壳结构为研究对象,基于结构稳定性微分平衡方程,运用数值模拟手段分析不同初始缺陷的单层网壳结构的位移–荷载系数曲线,并对结构的可靠度进行研究。结果表明,位移小于10 mm时,3种工况的位移–荷载系数曲线几乎一致,而当位于大于10 mm后,单层网壳结构表现出非线性荷载破坏,在达到荷载峰值后,逐步减小;在统计分析单层网壳结构的随机变量的基础上,求解得到其稳定承载力的分布类型为正态分布。

三向分格单层网壳结构无胎架安装施工技术

保定爱情广场项目1#采光顶为椭圆形三向分格单层网壳结构,长短轴跨度大,距地高度高,施工难度较大。项目采用“地面分段加工,高空散拼组合,先主龙骨后次龙骨,无胎架安装”的施工工艺。在其下搭设钢丝绳软平台作为操作平台,采用SAP2000中框架单元模拟索结构受力过程,结构反梁受力分析利用ANSYS14.0进行数值模拟。研究表明,高空散拼无胎架施工工艺安装精度及整体沉降符合预期;钢丝绳受力的安全系数及结构反梁的受力位移均可满足规范要求。

无屋面式大跨铝合金单层网壳动力性能研究

文章以南京牛首山无屋面式大跨铝合金单层网壳为背景,结合有限元分析和现场长期监测,对结构的动力性能进行研究。对比不同温度作用下的频率实测值,研究温度作用对结构动力性能的影响程度,提高结构损伤识别的精准性。通过有限元分析结构动力响应,确定现场长期监测方案。将现场实测频率与有限元计算频率进行对比,来判断结构有限元模型的准确度。

单层网壳结构稳定性分析的随机缺陷模态迭加法

根据几何非线性有限元理论,结合单层网壳结构的随机缺陷概率模型,提出了基于Timeshenko梁理论的网壳结构稳定性随机缺陷模态迭加法.推导建立空间Timeshenko梁单元的几何非线性切线刚度矩阵方程,在特征值屈曲分析基础上,建立结构缺陷模态参与系数的概率模型,采用Monte Carlo法对具有随机缺陷的结构进行稳定承载力分析,进而提出了单层网壳结构稳定性随机缺陷模态迭加法.算例分析表明,该法克服了已有传统方法随机变量过多的局限,可精确识别出结构失稳的最不利缺陷模式,获得最不利缺陷分布下的稳定承载力,并可对结构屈曲的全过程进行跟踪分析,具有良好的计算精度和计算效率.

考虑杆件失稳的初始缺陷单层网壳极限承载力分析

建立了考虑失稳效应的杆件计算模型.采用正态分布随机变量描述单层网壳结构的初始几何缺陷,考虑杆件失稳效应,计算初始几何缺陷结构的极限承载力.假设初始几何缺陷单层网壳的极限承载力服从正态分布,通过非参数假设检验方法进行了验证,利用极大似然估计法推导了该正态分布均值与方差估计量的表达式.针对随机缺陷模态法无法计算出稳定的、可靠度统一的结构设计极限承载力,一致缺陷模态法不适用于非线性效应明显的结构,提出了基于统一可靠度的单层网壳结构设计极限承载力计算方法,并推导了其在一定置信水平下的误差表达式.承载极限状态下单层网壳结构部分杆件发生失稳,不考虑杆件失稳效应会高估结构承载力.