浅谈网壳式钢结构的安全防护

随着我国高速铁路建设的突飞猛进,北京铁路局管内大跨度钢结构车站22座,站房建筑面积达到55.06万平方米,如何保证高铁钢结构站房在预期年限内的安全服役,成为了多方关注的一个课题。以京津城际延伸线于家堡站为例,浅谈一下网壳式钢结构建筑的安全防护措施。

网壳式脚手架平台在干煤棚网架工程中的应用

在现今网架施工安装中,各种尝试探索等新方法层出不穷,作为一种新的施工安装工艺,网壳式脚手架平台滑移施工不失为一种安全、质量、进度、经济均有保证的新工法,值得我们去挖掘并改进。

正交网格混凝土密肋式锥面网壳的静力性能分析

混凝土密肋式锥面网壳是通过等分圆锥面后,由密肋平板在脊线处交汇形成的新型网壳结构。为了解其静力性能,通过数值模拟分析结构在竖向荷载作用下的变形和内力分布,并考虑矢跨比、边梁刚度、脊线刚度、密肋梁刚度和板厚等参数的影响。结果表明:密肋梁会协同脊线工作,且脊线和边梁为结构的主要传力构件;矢跨比的变化对结构刚度影响不明显,但对内力分布影响显著,建议矢跨比不宜大于1/4;增大边梁刚度可提高结构的整体刚度,边梁截面高度可取结构跨度的1/45~1/35;增大脊线刚度并不能显著改善结构的整体刚度,脊线截面高度可取结构跨度的1/55~1/45;密肋梁刚度的增大会显著降低结构的最大挠度,密肋梁的截面高度可取结构跨度的1/85~1/65;屋面板厚对结构刚度影响较小,板厚满足构造要求即可。

混凝土密肋式锥面网壳的几何非线性分析

混凝土密肋式锥面网壳是通过将圆锥面等分成密肋平板后,再由其在谷(脊)线处交汇形成的新型空间结构。为掌握该类结构的稳定性,在弹性稳定分析的基础上,采用弧长法进行几何非线性分析。并讨论矢跨比、边梁刚度、初始几何缺陷等因素对结构承载力的影响。结果表明:结构薄弱部位主要为谷线跨中与密肋平板交汇处;屈曲失稳具有壳体结构的特征,在跳跃失稳后承载力急剧下降;矢跨比的增大会降低结构极限承载力;因边梁作为主要传力构件在增大其刚度时,能有效提高结构整体刚度;脊(谷)线梁刚度和屋面板板厚的变化对提高结构整体稳定贡献较小;增大密肋梁刚度会有效增强结构抵抗失稳能力;初始几何缺陷对结构极限承载力影响较小,将幅值L/300作为结构可接受的最大初始缺陷。对此类结构进行稳定承载力公式的拟合,发现其误差在工程精度可接受的范围之内。

三角形板式节点式钢网壳在大型储罐上的应用

随着网壳在大型储罐中的应用越来越广泛,针对传统三角形板式钢网壳基础零件存在失稳,导致钢网壳整体结构稳定性较差问题,展开三角形板式节点式钢网壳在大型储罐上的应用研究。计算网壳顶静力,为节点式钢网壳数值设计与施工提供基础。使用Xsteel模型构建零件参数化模型,预制节点式钢网壳构件。设定三角形板式节点钢网壳安装工序,实现三角形板式节点式钢网壳在大型储罐的设计安装,构建实验环节,实验结果表明:三角形板式节点式钢网壳可有效提升节点稳定性,进一步降低网壳刚度形变量与网壳可承受最大应力,保证拱顶式储罐在运行过程中的安全性。

折板式网壳结构的抗震及减震研究

采用振型分解反应谱法对折板式网壳结构的动内力作了分析 ,计算了结构厚度、坡度等参数对动内力的影响 ,另外对用振型分解反应谱法和时程分析法计算的结构动内力作了比较 .最后 ,探讨了采用粘弹性支座对四肢腿折板式网壳结构的减震效果 .

折叠式网壳足尺寸试验

通过对某机构研制的折叠式网壳结构的足尺寸试验,揭示该结构的特有破坏机理及变形过程,验证该结构设计的合理性。

铝合金板式节点刚度对网壳稳定性能影响研究

铝合金板式节点网壳是一种典型的半刚性节点网壳。采用ANSYS有限元软件对铝合金板式节点网壳弹塑性稳定性能进行了有限元分析。建立了考虑节点刚度的杆件单元模型。采用Combin39单元对节点非线性弯曲刚度进行模拟。分析了节点刚度对网壳失稳模态、应力分布和极限承载力的影响。研究发现,节点的非线性弯曲刚度对网壳整体稳定性能具有削弱作用,其削弱作用随着网壳矢跨比的减小而加大。最后,为了了解节点刚度四折线模型中各参数对网壳稳定性能的影响而进行了参数分析。研究表明,网壳极限承载力随着滑移弯矩和嵌固刚度的减小而降低,而其它节点刚度参数的影响可以忽略。

基于多平台的铝合金板式节点网壳设计系统

为了解决传统铝合金板式节点单层网壳的设计工作量大、节点验算烦琐、深化放样复杂等问题,研发了一套基于ANSYS、ABAQUS和ObjectARX平台的铝合金板式节点单层网壳设计系统。首先,用户输入结构参数后,该系统可自动生成ANSYS的ADPL命令流文件,完成参数化建模、荷载输入、静力分析、动力分析和杆件截面优选;并进一步完成结构整体稳定分析,自动生成结构分析计算书。然后,对节点进行分类并完成板式节点设计,用户需要时可生成典型节点的ABAQUS分析模型。最后,通过数据接口将设计结果传送至AutoCAD中,并基于ObjectARX程序包进行二维加工图的批量绘制;并在此基础上绘制三维实体模型,以辅助结构制作和安装。

混凝土折板式拟扁网壳的自振特性参数分析

混凝土折板式拟扁网壳由密肋平板汇交组成，本文在四点支承条件下对其应用空间梁单元和板壳单元建立有限元模型，采用子空间迭代法求解结构振型及对应自振频率，在自振特性分析基础上，讨论了矢跨比、网格划分频数、脊线刚度、密肋梁刚度及边梁刚度等因素对结构自振频率的影响。算例分析表明：结构频谱分布具有密集性及跳跃性特点，低阶振型以脊线为振动节线，边缘桁架的面外刚度对振型影响较大；矢跨比的改变对基频的影响较小，过大的矢跨比将削弱边缘桁架的面外刚度，建议结构矢跨比不低于1／6；网格划分频数对基频的影响不显著，结构的密肋板可按普通平板楼盖划分网格；结构基频随脊线刚度的增加近似呈线性增加，建议脊线截面高度取屋盖跨度的1／50～1／30；提高密肋梁刚度有利于增加屋盖整体刚度，建议密肋梁截面高度取屋盖跨度的1／60～1／35；边梁截面高度可按脊线截面高度确定，但应注意边缘桁架面外刚度对结构动力特性的影响。

编织式复杂拓扑空间网壳设计与建造关键技术与应用

本项目是一个建筑-结构一体化的跨专业研究。面向当前自由曲面建筑形态的建造的国际前沿问题,课题组原创性地提出了一种基于主动弯曲(bending active)原理,使用连续弹性杆件相互编织找形的空间网壳结构,可以适用于各种不同形态的大尺度自由曲面的建造,具有不需要使用复杂的数控加工、空间定位设备,建造经济快速,具有广泛的适应性等系列技术优势。课题组开发了针对这一编织式网壳的复杂拓扑网格生成算法,基于非线性编程和自启发式算法的结构优化技术,面向建造的三维样条曲线展开和动态工序优化技术,以及一系列结构性能提升技术,并在一系列工程实践中验证了其广泛的应用前景。

折板式网壳结构的静力性能和动力性能

对折板式网壳结构的静动力性能作了较深入的研究 ,分析了网壳随厚度、坡度变化下结构的静力、自振特性以及动力响应性能 ,得出了一些有价值的结论 .

折板式网壳结构的减震控制

本文在已有研究成果的基础上，从设置粘弹性支座和粘滞阻尼器两方面对折板式网壳结构进行减震分析：通过分析，该结构在分别设置粘弹性减震支座和粘滞阻尼器后，在地震作用下，杆件的动内力幅值均有明显减小。

混凝土人字形折板式网壳结构的弹性稳定分析

弹性稳定是结构非线性分析时考虑缺陷影响的基础。对混凝土人字形折板式网壳结构基于对称性作简化分析,导得结构弹性失稳临界荷载计算的超越方程并给出临界荷载-肋梁刚度比曲线。采用有限元方法计算结构的失稳荷载,给出了低阶失稳模态;并考虑边梁、脊线和肋刚度及矢跨比的影响计算弹性失稳临界荷载,上述刚度改变通过调整构件截面高度实现。结果表明:结构的低阶弹性失稳模态关于脊线对称,其中一阶模态为半波反对称变形;矢跨比是影响弹性失稳临界荷载的重要因素,建议矢跨比不低于1/6;增大边梁的截面高度并不能有效提高其抗扭刚度,因此不能显著影响弹性失稳临界荷载;脊线刚度对弹性失稳临界荷载的影响较小;肋刚度的增加可以大幅度提高结构弹性失稳临界荷载。

混凝土密肋式锥面网壳的动力特性分析

混凝土密肋式锥面网壳是由相等的密肋平板在脊线处交汇形成的一种新型网壳结构。为了解网壳结构的动力特性,采用子空间迭代法求解结构的自振频率及振型,并通过讨论影响结构基频的主要因素,对基频进行公式拟合。结果表明:结构的振型以竖向振动为主;因结构刚度分布均匀,频率多次“重频”且有明显的跳跃点;网格数不变时,增大结构矢跨比对提高结构整体刚度是不利的,建议屋盖矢跨比的选取不宜过大;边梁刚度的增大会加强对密肋板的约束,进而提高结构整体刚度,建议边梁截面高度的选取宜按跨度的1/40~1/30确定;增大密肋梁刚度能有效提高结构整体刚度,但过大的密肋梁高度会加大结构自重,建议密肋梁截面高度的取值宜按跨度的1/100~1/75确定;结构基频的公式拟合值误差满足工程精度设计要求。

混凝土折板式拱网壳动力特性的参数化分析

折板式拱网壳是由V形折板拱壳网格化而得的新型混凝土空间网格结构,本文采用有限元方法分析纵向两端开敞结构的动力特性,并了解结构整体刚度的主要影响因素。结果表明:屋盖的低阶振型以竖向振动为主,刚度薄弱位置出现在开敞处,因此横向矢高对结构整体刚度的影响较小,而V形密肋折板拱自身的矢高对结构整体刚度的影响较大;横向脊(谷)线拱作为屋盖的主要传力结构,增强其刚度可以明显提高结构的整体刚度;纵向脊线是结构的振动节线,其刚度变化对结构整体刚度影响不大;空腹桁架上弦作为V形密肋折板拱的拱脚边缘支承结构,提高其刚度几乎不改变屋盖结构的整体刚度;提高密肋梁的刚度会同时增大结构质量,因此密肋梁的刚度改变几乎不影响结构基频;由于有限元模型中屋面板中面与梁中面重合,板厚改变不影响结构的基频,屋面板可作为结构的刚度储备。

混凝土折板式拟球面网壳的弹性稳定分析

混凝土折板式拟球面网壳是通过在球面上切割平面后再网格化而成,结构由密肋平板在脊线处交汇组成,本文采用有限元方法分析其弹性稳定性能,并讨论主脊线、副脊线、密肋梁、支座环梁等的抗弯刚度以及矢跨比、屋面板厚度等因素对其临界荷载的影响。结果表明:结构的低阶失稳模态关于主脊线对称,靠近支座环梁的密肋平板刚度相对较弱;矢跨比是影响结构临界荷载的重要因素,且不宜低于1/8;主脊线是结构低阶失稳模态的节线,其抗弯刚度对结构临界荷载的影响较小;提高副脊线的抗弯刚度可以有效增大结构的临界荷载;支座环梁抗弯刚度的增加对临界荷载的影响较小,其截面高度可按自身跨度的1/12;密肋梁的抗弯刚度对结构临界荷载的影响较大,提高密肋梁的截面高度有利于增强结构抵抗失稳的能力;屋面板的厚度改变对结构临界荷载的影响较小。

谷线式叉筒网壳参数化设计及受力性能分析

谷线式叉筒网壳曲面造型流畅,内部空间美观,克服了传统柱面网壳建筑外形单一的缺点。文章根据其结构特点,应用APDL(Ansys Parametric Design Language)参数化设计语言,研制了5种基本形式的单层谷线式叉筒网壳参数化设计宏程序,实现了给定结构跨度、矢高、谷线数及径向节点圈数等参数下,5种结构形式的参数化设计;并应用Ansys软件对其进行了95种工况的受力性能比对分析。结果表明:同等工况下,5种形式结构中,三向网格型结构形式和受力性能最为合理,故实际工程设计时应优先选用;而联方型结构最大位移和最不利应力始终为5种结构中最不理想的,结构最不利应力易超过结构许用应力值;单层谷线式叉筒网壳适用于中小跨度S≤65 m、低矢高f<d的建筑结构。

折板式网壳的结构形式与自振特性分析

折板式网壳属于一种比较独特的空间结构形式,它综合了折板、网架和壳体的优点,受力性能良好,建筑造型优美,施工制作方便,具有较大的发展潜力。在此,研究了折板式网壳的结构形式,自振特性和矢高等因素对结构动力特性的影响。

混凝土双向折板式拟扁网壳的动力特性分析

混凝土双向折板式拟扁网壳是通过双向等分圆曲面由密肋平板汇交形成的新型混凝土空间网格结构。本文采用有限元理论分析结构的动力特性,求得了结构的自振频率,同时也分析了结构的振型特点。对双向折板式拟扁网壳进行参数化自由振动分析,讨论了矢跨比、脊线拱刚度、横隔上弦刚度、密肋梁刚度对结构基频率的影响。通过对结构自振频率的参数化分析,为这种新型混凝土空间网格结构提供工程应用提供参考意见。