基于遗传算法的自由曲面单层空间结构网格参数化自动生成及方向优化

自由曲面空间网格结构的力学性能和网格方向之间的联系复杂,难以快速直接地找到最优方向,若对结构网格方向进行多角度建模分析,则存在工作量大且准确性不易保证等问题。为了快速确定自由曲面空间网格结构的最优网格方向,提出一种基于遗传算法的自由曲面空间结构网格方向优化方法,以结构网格方向为优化变量,结合参数化建模软件Grasshopper和有限元分析软件SAP2000实现参数化分析,以结构应变能和结构最大位移两项力学指标作为优化目标,通过最小化目标函数实现结构网格方向优化。通过参数化编程,可实现快速自动优化,并结合工程案例,应用自动优化方法进行网格优化。结果表明:基于遗传算法的自由曲面空间结构网格方向自动优化法具有实用性和高效性,具有较高的工程应用价值。

钢框架-覆钢板轻钢墙体抗震性能

为提高轻钢墙体的抗震性能,提出了一种钢框架-覆钢板轻钢墙体.对3个钢框架-覆钢板轻钢墙体足尺试件进行了拟静力试验,获得了试件的滞回曲线、耗能、延性系数、应变等;分析了竖向荷载、螺钉间距对试件抗震性能的影响;计算了试件的抗剪承载力设计值以及弹性抗剪刚度,并与纯轻钢墙体试验值和规范参考值进行对比.结果表明:框架与墙体的连接方式可靠,在受力时两者变形协调,可以协同工作;组合结构抗剪承载力分别为121.3、130.1和136.7 kN,延性系数分别为1.99、2.34和2.75,加密墙体龙骨中柱的螺钉间距和增加墙体竖向荷载可以提高试件的抗剪承载力.增加框架后,结构弹性抗剪刚度提高约4%~45%,抗剪承载力提高约6%~22%.钢框架-覆钢板轻钢墙体抗震性能良好,可以应用于多层钢结构住宅.

单层平面索网结构非线性频率简化计算方法研究

单层平面索网玻璃幕墙结构是广泛应用于大型公共建筑中的一种新型结构形式,由于其挠度较大,结构具有较高的几何非线性,其动力特点不同于传统的线性结构。采用连续化薄膜理论建立了单索幕墙的非线性振动方程,并采用谐波平衡法求解了结构非线性频率的解析表达式,为校核解析公式的正确性,将其计算结果同精确的有限元非线性时程方法的计算结果进行了比较,吻合很好,该解析公式具有相当高的精度。同时指出结构位移为3/2结构振幅位置处的刚度即为单索幕墙结构的等效线性刚度,采用该等效线性刚度即可得到上述非线性频率的解析表达式。此外得到的结构非线性振动方程和非线性频率为结构在动力荷载下响应的求解提供了基础。

单索幕墙中玻璃与索静力协同工作试验

采用模型试验的方法对单层平面索网玻璃幕墙结构考虑玻璃与索网协同工作的静力性能进行研究.提出玻璃与索网协同工作的理论模型,并通过模型试验验证了上述理论模型.结果表明,单块玻璃的抗弯刚度对于玻璃参与结构刚度贡献影响很小,玻璃参与结构刚度贡献从本质上讲主要由玻璃面的薄膜力大小决定.

单层平面索网幕墙结构的非线性抗风设计方法

单层平面索网玻璃幕墙结构是广泛应用于大型公共建筑中的一种新型结构形式,由于其具有柔性大、质量轻、阻尼小的特点,属风敏感结构,而且其为新型结构形式,结构具有明显的几何非线性,国内外并没有相应的抗风设计方法。为此首先进行了基于非线性随机振动理论的单层平面索网玻璃幕墙结构风振响应计算公式的推导,然后以此为基础提出基于结构响应的单层索网玻璃幕墙结构非线性抗风设计方法,最后对该设计方法的准确性进行校核,并对其适用性进行讨论。

单层平面索网幕墙结构的几何非线性问题研究

单层平面索网支承式玻璃幕墙结构是近年来在国内外应用较为广泛的一种新型幕墙结构形式,由于单层平面索网不具有负高斯曲面形式,结构在平面外方向的刚度偏柔,表现出较明显的几何非线性特征。本文采用连续化方法建立了单层平面索网结构考虑几何非线性影响的静力平衡方程和振动方程,得到了结构刚度的解析表达式,并采用谐波平衡法求得非线性频率的简化解析表达式,以此为基础研究了单层平面索网结构的静力非线性和动力非线性问题。研究结果表明:结构的非线性和结构的初始位置密切相关;结构的非线性频率主要取决于索的初始应变、结构振动幅值与跨度的比值,几何非线性对于结构动力性能的影响要小于对结构静力性能的影响;本文得到的结构在地震荷载和平均风荷载作用下的非线性振动方程和非线性频率为结构在地震荷载和脉动风荷载作用下动力响应的求解奠定了基础。

单层平面索网幕墙结构的风激动力性能研究

为深入了解单层平面索网玻璃幕墙结构的风激动力性能,采用基于随机振动理论的模态叠加频域方法进行了单索幕墙结构的风振响应分析.由于单索幕墙具有较高的几何非线性,又将模态叠加频域分析方法的计算结果和非线性时程分析方法的精确计算结果进行了比较,证明了该方法的准确性.同时,采用各阶模态应变能的大小分析了各阶模态对单索幕墙结构风振响应的贡献,得到脉动风荷载下结构的振动以第一阶模态为主的结论.

单层平面索网幕墙结构玻璃与索网协同工作的动力性能研究

采用模型试验和理论分析的方法对单层平面索网玻璃幕墙结构玻璃与索协同工作的动力性能进行研究。首先通过结构自振特性试验研究玻璃对于索网结构频率、振型以及阻尼的影响,然后提出了动力荷载作用下玻璃与索网的协同工作机理,据此建立玻璃与索网协同工作的数值模型,采用该模型从理论上分析了结构的自振特性。理论分析和试验结果表明:玻璃的抗弯效应对结构第一阶模态影响较小,对结构的高阶模态影响比较明显;索网+玻璃结构的阻尼远大于索网的阻尼,玻璃幕墙结构的阻尼比主要是由玻璃提供的。

单层平面索网玻璃幕墙结构地震反应分析

单层平面索网玻璃幕墙结构作为一种新型结构形式,以建筑造型美观,构件轻巧纤细,广泛应用于大型公共建筑中,其具有柔性大、阻尼小等特点。作为一种新型结构形式,目前对其地震反应特点和抗震原则缺乏了解。在采用振型分解反应谱法进行单层平面索网结构抗震设计时,会有多阶振型参与结构振动,高阶振型可能也需要考虑,这就需要给出一个选择主要贡献模态的判断标准。此外,单层平面索网玻璃幕墙由脆性材料的玻璃面板和没有明显的屈服台阶和强化阶段的索组成,目前我国抗震规范给出的三水准两阶段的抗震设计对其可能并不适用,需要对其抗震设计原则进行进一步的探讨。

索网玻璃幕墙结构抗震性能研究

采用了模型试验和数值模拟的方法对单层平面索网玻璃幕墙结构的抗震性能进行研究。首先通过地震模拟振动台试验研究了地震荷载作用下单层索网幕墙结构的地震响应特点,考察了索网和玻璃连接爪件性能,检验了玻璃幕墙的抗震性能。然后讨论了玻璃对于地震荷载作用下结构地震响应的影响,对玻璃与索网协同工作下结构的动力性能进行了研究。建立了地震荷载作用下玻璃与索网协同工作的数值模型,采用该模型分析了结构的地震响应。数值分析和试验结果表明:地震荷载作用下,索网模型和索网+玻璃模型地震响应主要以对称振型为主,结构第1阶振型占绝对主要成分;玻璃面板对索网幕墙结构的刚度影响很小;索网+玻璃结构的阻尼远大于索网的阻尼,玻璃幕墙结构的阻尼主要是由玻璃提供的;采用夹片爪的玻璃面板和索网结构连接可靠,索结构和玻璃面板没有破坏;索网玻璃幕墙结构具有较好的抗震性能,可以在地震较高烈度地区使用。

自由曲面索支撑空间网格结构形态优化

索支撑空间网格结构是一种新型的单层网壳形式,主要应用于玻璃采光顶结构中。由于目前对自由曲面索支撑空间网格结构形态方面的研究国内外还相对较少,为此提出了一套适用于该类结构的形态优化方法。该优化方法采用结构整体应变能为优化目标、结构高度为优化变量、共轭梯度法为优化算法。根据索支撑空间网格结构的建模方法,将优化结构整个曲面转化为优化结构的准线和母线。采用该方法对自由曲面索支撑空间网格结构进行形态优化研究,得到结论如下:首先,采用本文形态优化方法,收敛速度快,形态优化后结构的力学性能提高很大;其次,形态优化过程中平面四边形网格属性不变,优化变量少;最后,对优化后的离散网格重新进行拟合生成曲面,对该曲面重新划分网格,保证网格长度相等。重新划分网格为结构构件加工和施工提供了便利,而且结构力学性能削弱不大。

鞍形索网屋盖结构风振响应分析的Ritz-POD法

鞍型索网屋盖结构频率密集,当采用基于随机振动理论的振型叠加法进行分析时,如果只考虑前几阶或者十几阶振型很难得到准确结果,这就需要考虑多阶振型的影响,而应该选取多少阶振型,选取哪些振型,目前还没有一个系统且准确的选取方法。为此,提出了一种有效的选取结构主要振型的方法,即Ritz-POD法,该方法主要是联合运用Ritz向量叠加法和本征正交分解法(POD法),在频域内进行大跨度屋盖结构的风振响应分析,并采用该方法分析一鞍形索网屋盖结构的风振响应,同传统的振型叠加法的计算结果进行了比较,证明了该方法的准确性及高效性。

单层平面索网幕墙结构的非线性反应谱

单层平面索网玻璃幕墙结构作为一种新型结构形式,以建筑造型美观、构件轻巧纤细,广泛应用于大型公共建筑中,其具有柔性大、阻尼小等特点,且结构具有一定的几何非线性。在对其进行抗震设计时,基于线弹性假设的振型分解反应谱法可能具有一定的局限。为此,首先推导地震荷载作用下单层平面索网结构的非线性振动方程和非线性频率,其次通过计算该模型在四类场地最不利地震动作用下的结构非线性响应,得到单层索网幕墙结构的非线性反应谱,将其和线弹性单质点的反应谱进行比较,最后通过与地震模拟振动台试验结果的对比,证明结论的正确性。

肋环型单层曲板网壳结构的风振响应及等效静风荷载

分析了肋环型单层曲板网壳结构的风荷载和风振响应,并对采用不同方法计算结构等效静风荷载的精度进行了比较.风洞试验结果表明:肋环型单层曲板网壳结构屋面主要受负风压作用;但在90°风向角下,由于体育馆受前方入口建筑的影响,屋盖边缘局部出现正风压.风振响应分析结果表明:有多阶振型参与结构的风致振动,高阶模态影响不可忽略;为保证结构表面所有节点位移准确,结构的模态耦合项不能忽略.但如果只保证较大位移处的准确性,忽略模态耦合项的SRSS方法也是可取的.利用LRC惯性力法和改进LRC方法计算肋环型单层曲板网壳结构的等效静风荷载,可以保证所有风向角下节点的最大位移等效,但不能保证所有节点的位移等效.

单索幕墙体系中的玻璃与索协同工作机理研究

单层平面索网玻璃幕墙结构是广泛应用于大型公共建筑中的一种新型结构形式,采用模型试验和数值模拟的方法对静力荷载作用下单索幕墙体系中的玻璃与索协同工作机理进行了研究,通过参数分析讨论了各种因素对玻璃贡献的影响;同时建立了动力荷载作用下考虑玻璃与索结构协同工作的理论模型,将玻璃与索网结构的协同工作分为对结构的附加刚度和附加阻尼两部分,为下一步试验研究提供了相应的理论框架.

基于B样条曲线的自由曲面索支撑空间网格结构多目标形态优化

对自由曲面索支撑空间网格结构进行多目标形态优化研究。首先根据索支撑空间网格结构的建模方法,将优化结构整个曲面转化为优化结构的准线和母线。其次为保证优化后的自由曲面光顺,引进B样条曲线建立曲面,并将B样条曲线已知点作为优化变量。出于不同结构设计需要,选用力学指标和几何指标、或力学指标和经济指标、或不同性能力学指标组合作为多优化目标进行结构优化。得到结论如下:首先,采用本优化方法,优化前后曲面形状变化不大,适用于对给定初始曲面结构进行形态优化。其次,以应变能和用钢量为优化目标,属于融合了截面优化和形态优化的多目标优化,其对于索支撑空间网格结构效果较好,具有较高的工程实用价值。最后,以应变能和杆件长度均方差为优化目标,所得优化结果对杆长均方差和应变能加权系数变化不敏感,可满足杆长均匀性和结构力学要求。

索支撑空间网格结构强震下破坏模式研究

索支撑空间网格结构是一种采用独特网格形状、网格形式、曲面形态的新型单层网壳结构,其在强震下破坏模式和其他单层网壳结构不同,具有一定的特殊性。为此,本文基于有限元软件ANSYS,同时考虑几何非线性和材料非线性,对3类矢跨比的椭圆抛物面索支撑空间网格结构进行弹塑性时程分析,考察结构位移与应力等响应指标,研究索支撑空间网格结构地震作用下破坏模式。通过典型算例的计算分析,得到索支撑空间网格结构两种主要的破坏类型,第一类是随着荷载幅值的增加,结构位移增加明显,结构破坏有一定征兆;第二类是随着荷载幅值的增加,结构位移增加不明显,结构破坏较为突然,没有明显征兆。在破坏模式成因方面提出拉索破坏是影响结构破坏模式的一个重要因素。另外,文中还考察了破坏过程中位移与应力的分布发展状况。

东北农大研究生院大楼玻璃采光顶结构设计分析

由部分单层椭球体壳和其后的竖直玻璃幕墙组成的采光顶结构,采用点支式玻璃幕墙,结构通透、美观,视觉效果好。部分单层椭球体壳结构,由于其结构形式复杂,以往对于该类结构研究较少,对于其力学性能缺乏了解,因此采用ANSYS软件对部分椭球体结构进行了各种荷载工况的分析,同时分析了结构的稳定性,得到了各种荷载对结构受力性能的影响,为结构设计提供了依据。

基于离散单元法的单层网壳结构冲击破坏数值模拟研究

基于传统离散单元法的接触模型,通过能量守恒定律推导适用于杆系结构的离散元模型接触刚度。将分层梁理论引入到离散单元法中,给出接触的塑性判断准则以及推导接触进入塑性后的刚度系数,从而可以应用离散元方法解决杆系结构的弹塑性问题。通过定义离散单元法基于应变的断裂准则,将其应用于解决杆件的断裂问题。选取适用于碰撞问题的赫兹模型,给出赫兹模型刚度的设置方法。最后应用改进后的离散单元法对单层网壳冲击试验进行了考虑弹塑性、断裂、碰撞的全过程模拟,验证了该方法的正确性。并对Kiewitt单层球面网壳单点冲击和多点冲击进行数值模拟研究,分析了单点和多点冲击下单层网壳的破坏模式、冲击力、节点位移和支座反力的异同点。

江苏信息大厦玻璃幕墙索支承体系静动力性能分析

点支式玻璃幕墙鱼腹式索桁架结构由于其轻盈、通透的特点得到了广泛的应用,其一般都是对称支承布置,当结构由对称支承变为非对称支承时,由于其抵抗不对称变形的能力较弱,结构的力学性能会发生较大的改变,需要作进一步的探讨。为此结合江苏信息大厦玻璃幕墙鱼腹式索桁架工程,采用了模型试验和理论分析的方法,对该鱼腹式索桁架结构在非对称支承条件下静动力性能进行了研究,并得到可供设计参考的风振系数建议值。