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.

瓯海奥体中心体育馆100m跨无环索弦支网壳结构设计

瓯海奥体中心由体育场、体育馆、游泳馆及体育配套用房组成,其中体育馆主体结构采用钢筋混凝土框架结构,屋盖采用了无环索弦支网壳结构体系,为国内外首例该结构体系工程。设计中针对屋盖结构进行了屈曲分析及抗连续倒塌分析,结果表明结构的整体稳定性较好、抗连续倒塌能力强,进一步证明了结构体系选择的合理性。对拉索索力进行了专项分析,保证在各工况组合下拉索均不破断及退出受拉状态,且刚度退化后仍满足设计要求。

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。

海上旅游平台大跨度网壳结构强度分析

海上旅游平台大跨度网壳结构作为新型结构,目前还没有成熟的设计和强度分析方法。本文以网壳结构立柱间的相对位移为波浪载荷控制参数,基于设计波法和三维水弹性理论计算波浪载荷;以百年一遇的风速作为风载工况,采用k-ε湍流模型模拟风场计算风载荷,利用面元积分法计算网壳结构等效节点载荷,建立大跨度网壳结构外载荷计算方法。在此基础上,以“海洋之心”旅游平台为算例,开展了网壳结构响应分析,获得了风载荷、波浪载荷及风浪联合作用下的网壳结构响应,对比分析了风载荷和波浪载荷对网壳结构响应的影响。

分段布索预应力柱面巨型网壳结构基本抗震性能研究

以分段布索预应力柱面巨型网壳结构为研究对象,首先,通过模态分析对其动力特性和预应力体系的引入对柱面巨型网壳结构各方向刚度的影响规律进行了分析;然后,通过时程分析对其在三维地震作用下的地震响应进行了研究;最后,对该结构时程分析中所需考虑的地震作用维数、反应谱法的适用性及合理的振型组合数进行了探究。结果表明,预应力体系的引入使结构横向和竖向刚度得到明显增强,而对纵向刚度影响较小,且结构频谱十分密集,各方向振型耦合作用明显;三维地震作用下,位移动力放大系数约为1.32,大部分杆件内力动力放大系数约为1.2,主节点区个别杆件动内力放大系数可能较大,设计中仅按静力分析结果进行截面设计可能会偏于不安全;可采用二维XY向地震输入或振型挑选反应谱法对此类结构的位移及关键杆件内力的地震响应进行简化分析,且参与组合的振型阶数需在46阶以上。

利用最小二乘法的网壳结构点云节点中心坐标提取

为解决网壳结构节点坐标测量困难、处理效率低等问题,本文提出基于网壳结构扫描点云的节点中心坐标提取方法:应用三维激光扫描技术采集网壳结构点云数据并预处理;然后基于设计模型,对初始点云模型进行网壳节点局部点云分割和节点多平面拟合,判定拟合平面的属性特征并修正侧面的法向量方向;最后利用空间约束关系及最小二乘算法求取网壳结构节点的精确中心坐标。以三亚国际免税城项目为例开展应用,结果表明所提方法求取的网壳结构节点中心坐标与全站仪实测结果偏差均值为2.89 mm,效率相比传统方法提高近4倍,较大提升了网壳结构节点中心坐标的提取精度和效率,为后续网壳结构施工偏差复核、幕墙板材的深化设计与加工等工程化应用提供了准确的数据支撑。

某混凝土联方网壳结构抗连续倒塌设计

进站的高速铁路列车如果发生脱轨事故,可撞击雨棚柱并导致雨棚结构连续倒塌。考虑该风险,进行郑州南站混凝土联方网壳雨棚结构抗连续倒塌设计。建立结构多尺度有限元模型,采用拆除构件法分析拆除柱后剩余结构动力行为。结果表明,原结构拆除边柱、次边柱和中柱三种工况下,结构发生局部破坏,破坏面积分别为775、2074、547m^(2);但破坏没有蔓延,结构没有发生连续倒塌。为提高结构抗倒塌性能,针对拆除柱后剩余结构受力特点,修改原结构设计,修改后拆除边柱、次边柱和中柱工况下,结构的破坏面积分别是775、0、0m^(2),即拆除次边柱和中柱工况下雨棚结构没有发生局部破坏。

考虑强弱轴影响的矩形钢管网壳结构弹塑性稳定性分析

在单层网壳结构中,存在强弱轴的矩形钢管较圆钢管、方形钢管在结构受力合理性、材料性能充分利用上存在优势。首先通过一组算例对比分析了圆钢管、H型钢、方形钢管和矩形钢管四种杆件形式在网壳结构曲面内外承受双向压弯的稳定性差异,随后将矩形钢管带入装配式节点的弹簧单元有限元模型,对比刚接模型进行研究,得到了节点域、节点刚度、初始缺陷幅值、矢跨比等参数对结构稳定承载力的影响规律。结果表明,矩形钢管的稳定应力在两个方向上可以达到平衡,且在强轴方向的稳定应力要低于同截面面积的圆钢管和方形钢管的稳定应力;对于截面存在强、弱轴且在截面两个方向材料充分运用的杆件,其弱轴方向抗弯刚度的影响不可忽视。

基于Rhino+Grasshopper对空间网壳结构参数化建模研究

随着数字化在土木行业的快速发展,参数化设计方法在土木行业也备受欢迎,尤其是对异形曲面结构,参数化建模不仅比传统方法更加精准,而且更加高效。通过Rhino+Grasshopper软件对某工人文化宫的单层空间网格结构进行了参数化建模,给出了空间网壳结构的参数化建模方法,并根据实际需要对建成后的网格结构进行了翘曲度分析及优化。

网壳结构多参数韧性评价指标

随着抗震设计理念的不断发展,抗震韧性得到研究者的广泛关注,逐步成为地震工程的热点课题。该文针对《建筑抗震韧性评价标准》中存在的不足,根据网壳结构在地震作用后的损伤特点与维修方式,定义网壳结构构件和非结构构件的损伤等级,修订“标准”中各项指标的部分计算参数。通过108组覆盖性网壳算例,拟合得到适用于网壳结构的多参数韧性评价指标与等级划分,在4个临界点处的指标值(R值)分别为1.0、1.6、2.0与2.7。以两个大型振动台试验和随机选取的若干网壳算例共同验证韧性评价指标和等级划分的普适性与有效性。结果表明,该文提出的多参数韧性评价指标等级划分全面、合理,能定量地刻画网壳结构震后的韧性情况,可服务于网壳结构抗震韧性和韧性评估体系。

基于AP法的单层球面网壳结构地震倒塌破坏分析

在地震作用中,结构的薄弱部位构件可能会先发生初始失效,并导致结构在之后的地震中发生倒塌破坏。为研究在杆件初始失效下单层网壳结构的抗连续倒塌性能,通过增量动力分析方法(IDA法)确定网壳结构薄弱区域分布规律及结构的动力响应,引入最大响应参数(应力、塑性应变、等效塑性应变等)杆件作为初始破坏杆件,采用备用荷载路径法(AP法)分析剩余结构在之后的地震作用中产生的动力响应。结果表明:单层网壳结构地震薄弱区处于底部区域,且受地震影响较大。在地震作用下,处于薄弱区域的杆件初始失效会使结构节点最大竖向位移、塑性杆件比例、总应变能等结构响应参数急剧增大,并且加速了结构的凹陷。由于杆件的初始失效,其两端节点发生较大塑性,周围杆件塑性发展明显,应重点关注处于地震薄弱区的杆件,该区域杆件若发生初始失效将对结构产生影响较大。

空腹网壳结构的静力稳定性与极限承载力研究

针对空腹网壳结构的静力稳定性及其极限承载力问题,应用非线性有限元法进行了研究.采用特征值屈曲分析和非线性屈曲分析两种分析方式考查了空腹网壳结构的屈曲模态和失稳全过程,通过大规模的几何参数分析,计算得到了矢跨比、网壳厚度、腹杆截面等参数取不同数值时的结构极限承载力,并与单层网壳结构进行了对比.结果表明,空腹网壳结构以整体失稳为主,在用钢量相同的情况下极限承载力比单层网壳结构提高2.87倍.空腹网壳结构既具有单层网壳结构简洁美观,又有双层网壳结构的稳定性好和承载力高的优点,是一种优良的结构形式.

大跨度网壳结构抗风研究现状

对大跨度空间结构而言 ,风荷载作用是结构设计中的主要荷载之一。对于大跨度单层网壳结构的抗风设计 ,目前尚无设计规范可依。为对该类结构的风致振动进行深入研究 ,首先回顾和总结了大跨度单层网壳结构抗风设计方法及已有的风荷载模拟技术 ,并指出目前尚存在的问题 ,为大跨度单层网壳结构抗风分析提供借鉴。

铝网壳结构在多荷载作用下的性能研究

对铝网壳结构在多荷载作用下的性能进行研究,以案例分析法和理论分析法,首先对铝网壳结构的受力特性进行分析,然后提出铝网壳结构的稳定性分析方法,对抗震性能进行详细分析,研究结果得出:铝网壳结构在多荷载作用下的性能优良,可抵抗多荷载的作用,通过优化设计,提升施工质量,选取高质量的建筑施工材料等,对于铝网壳结构在多荷载作用下的性能提升具有积极意义,希望本文论述能够为同领域专业技术人员提供一定理论参考。

大跨度网壳结构在工程中的应用

随着社会对大跨度空间的需求增加,大跨度网壳结构因其独特的优势在工程中得到广泛应用。文章详细探讨了大跨度网壳结构在工程中的应用,包括材料选择、结构分析与设计技术、施工技术、变形监测与控制技术以及维护与保养技术等方面。通过实例分析,展示了这种结构在实际工程中的灵活性和实用性。大跨度网壳结构不仅满足了功能需求,还体现了现代建筑的科技与美学结合。

某单层椭圆抛物面网壳结构荷载试验

网壳结构杆件和节点几何尺寸的偏差以及曲面的偏离对网壳的内力、整体稳定性影响较大。而在既有网壳结构安全鉴定过程中发现质量偏差时,承载力计算应考虑这些偏差情况,但标准并未给出具体方法,文章以某单层椭圆抛物面网壳结构荷载试验为背景,通过荷载试验检验某单层椭圆抛物面网壳结构存在质量偏差的同时,增加额外吊挂荷载情况下结构的承载能力,并为提高结构承载力复核模型的准确性提供依据。

综合交通枢纽单层网壳结构钢屋盖施工关键技术

针对广州某综合交通枢纽项目单层网壳结构钢屋盖所具有的造型独特,杆件及节点空间方位变化大、数量多、高空作业工程量大等施工重难点,项目通过采用“地面拼装+搭设支撑架+分片吊装”的整体施工思路,即根据现场起重机械吊重性能,将屋盖桁架及网壳进行合理分段(片)?按照分段(片)单元将所有杆件在加工厂进行散件加工制作,并运输至现场?在混凝土结构楼面上搭设临时支撑架,按照分段(片)单元进行拼装?采用现场塔吊、局部汽车吊配合,将钢屋盖分片吊装就位的安装方案,从工期、质量和安全各方面确保项目顺利完工,取得了良好的经济与社会效益。

大跨度网壳结构悬臂安装法对下部结构影响的模拟分析

大跨度网壳结构因跨度大导致施工及安装要求高、难度大,为节约施工成本及工期,工程中常采用悬臂安装法。悬臂安装法的施工内力终值与设计内力值不同,施工过程中网壳结构对主体结构的作用反力与设计反力值也不相同。针对某储煤场大跨度网壳结构工程施工过程中出现的问题,通过施工过程模拟,将悬臂安装法施工过程中网壳结构内力变化及网壳结构对主体结构的受力影响与设计进行对比,为类似工程的设计与施工提供参考。

空间网壳结构的形状优化

采用二级优化算法对空间网壳进行形状优化分析，建立了以结构自重最小为目标函数的空间网壳形状优化的数学模型．详细分析了二级优化算法的实施步骤，以及一种有效的离散变量优化方法——相对差商法．最后利用该方法分析了一Ｋｉｅｗ ｉｔｔ型球面网壳的形状优化问题，并得出一些有价值的结论．

天津科技馆球幕电影厅单层网壳结构选型

为使天津科技馆球幕电影厅的设计做到技术先进、经济合理，分析了四种常用穹顶网壳的特点和受力性能，提出短程线穹顶网壳具有网格划分均匀，结构刚度大，对非对称荷载适应性强等优点．通过在天津科技馆设计中的应用表明，短程线穹顶网壳是一种较优的结构形式．