四等分棱柱面网壳地震响应分析

为研究四等分棱柱面网壳的抗震性能,采用有限元法分析空腹、实腹两种棱柱面网壳在地震作用下的位移和内力响应,分别统计并标注敏感构件位置;分析跨度、矢跨比、屋面荷载等参数对结构内力系数的影响并提出不同构件的内力系数设计值。分析结果表明,这类结构以竖向振动为主,不同地震作用下,两种网壳变形和内力系数分布规律相似,敏感构件多分布于地震波先输入的一侧,空腹网壳的结构形式更有利于抗震;参数取值过大均对抗震不利,两种网壳的内力系数设计值可作为实际工程设计的参考。

混凝土棱柱面网壳的几何非线性稳定性分析

混凝土棱柱面网壳是通过切割圆柱面后再网格化而得到的一种新型壳体结构。为了解其几何非线性稳定性能,采用有限元方法进行全过程分析,并在弹性稳定性分析基础上,考虑结构矢跨比、主拱刚度、密肋梁刚度、屋面板厚度、初始几何缺陷的影响进行临界荷载的参数化分析,且拟合其近似计算公式。结果表明:结构的刚度薄弱部位出现在密肋平板上,弹性失稳临界荷载约为设计荷载的6.4倍;非线性屈曲为跃越屈曲并逐步在结构中部形成软化区,临界荷载约为弹性失稳临界荷载的90%,结构具有较好的后屈曲延性;结构的矢跨比不宜低于跨度的1/6,提高矢跨比可增强结构的非线性稳定性能;主拱是结构的主要传力结构,其刚度对临界荷载的影响较大,主拱截面高度不宜低于结构跨度的1/60;密肋梁刚度对改善结构非线性稳定性的影响有限,建议密肋梁截面高度可按结构跨度的1/100~1/80取值;临界荷载近似与屋面板厚度成线性关系,但不建议采用过厚的屋面板;引入初始几何缺陷将降低结构的临界荷载5%~15%,结构最大初始几何缺陷可取跨度的1/300。本文拟合的临界荷载近似计算公式所得的结果满足工程精度的要求。

混凝土棱柱面网壳动力特性的参数化分析

混凝土棱柱面网壳通过将柱面切割为汇交平面成形,每个平面采用密肋平板,是一种新型混凝土空间网格结构。基于有限元基本理论及端隔影响讨论这种结构的自振特性,并在此基础上考虑矢跨比和脊线、主拱、密肋梁、边梁的刚度及屋面板厚度等因素对结构基频的影响。结果表明:结构动力特性介于拱网壳和筒网壳之间,端隔可以明显提高结构的竖向刚度进而提高结构抗震能力;矢跨比高于1/6后,结构刚度随矢跨比增加而降低,建议结构矢跨比不高于1/5;脊线作为振动节线,几乎对结构刚度没有影响;主拱作为密肋板的弹性支承,结构基频随主拱刚度的增加而增加,主拱截面高度可按屋盖跨度的1/50~1/40确定;增加肋的刚度有利于提高结构的整体刚度,肋的截面高度可取跨度的1/100~1/80;边梁截面高度的改变几乎不影响结构的整体刚度;增加屋面板厚度可提高屋盖整体刚度,但不建议采用过厚的屋面板。

混凝土棱柱面网壳的弹性稳定分析

混凝土棱柱面网壳是由曲面切割成一系列平面后,再将每块平面网格化成密肋平板并在脊线处汇交形成的一种新型混凝土网壳结构,为探讨其稳定性能,并了解结构失稳模态和失稳荷载,以及矢跨比、屋面板厚度和密肋梁、脊线梁、主拱及边梁刚度等因素对结构临界荷载的影响,本文采用有限元法进行结构弹性稳定的参数化分析。计算结果表明:结构的低阶失稳模态与柱面拱壳具有较大的整体相似性,模态最大位移主要出现在密肋平板上,设置主拱和脊线有利于提高结构刚度,弹性失稳临界荷载远大于结构的使用荷载;增大矢跨比能有效提高结构的整体刚度,建议结构的矢跨比不宜低于1/6;屋面板厚度可取网格短边尺寸的1/30;增加密肋梁的截面高度有利于提高结构的弹性稳定承载力,密肋梁截面高度可按结构跨度的1/100~1/80确定;主拱是屋盖的主要受力结构,其截面高度可按屋盖跨度的1/70~1/50确定;脊线梁和边梁刚度的改变几乎不会对结构的临界荷载产生影响。