单层柱面网壳弹塑性稳定性能研究

目前对于球面网壳的弹塑性稳定性能研究成果较为丰富,而对柱面网壳的弹塑性稳定性能以及稳定性验算方法中"安全系数"的取值问题还缺乏系统研究。为此,基于有限元软件ANSYS及自编的前后处理程序,有计划地针对600余例单层柱面网壳结构进行双重非线性全过程分析。系统地考察了极限承载力、屈曲模态、塑性发展分布等特征响应,总结了初始几何缺陷和荷载不对称分布等因素对网壳结构稳定性能的影响规律。定义并统计了代表材料非线性影响的"塑性折减系数",基于参数分析结果及概率统计方法对单层柱面网壳的"安全系数"取值进行重新核定,结果显示,柱面网壳塑性折减系数取值范围为0.362～0.578,两纵边柱面网壳安全系数取3.4,四边支承柱面网壳取4.5,两端支承柱面网壳取5.4。

大跨度四边支承单层柱面网壳的稳定性能

为拓宽单层柱面网壳的应用跨度,以参数分析作为研究手段,利用通用有限元程序ANSYS以及自编的前后处理程序,针对波宽为20m四边支承柱面网壳开展400余例非线性全过程分析,考察屈曲模态、临界荷载、塑性发展分布等特征响应,总结长宽比、矢宽比、初始几何缺陷、荷载不对称分布等因素对网壳临界荷载的影响规律.研究结果显示:四边支承柱面网壳的直杆以受弯作用为主,壳面中部是结构的薄弱区域;当长宽比过大时,应通过增设加劲肋提高壳面刚度,加劲肋的间距应使得网壳长宽比保持在1.0为宜;柱面网壳对于初始几何缺陷较为敏感,当缺陷值达到波宽的1/300时,网壳的弹塑性临界荷载将降低30%以上;当荷载呈不对称分布且p/g=1.0时,网壳的临界荷载将降低到均布荷载作用情况下的86%～94%.

单层柱面网壳冲击试验研究

通过单层柱面网壳模型在冲击物作用下试验,研究单层柱面网壳在冲击作用下的动力响应和动力稳定性。利用动态应变仪和力、位移和加速度传感器,获取柱面网壳模型在冲击物作用下的冲击力、杆件应变、位移及加速度时程曲线。根据不同冲击力幅值与测点位移的对应关系,对网壳模型失效形式和破坏形态进行了动力稳定性分析并确定其稳定承载力。结果表明,实验测得的冲击荷载为三角脉冲荷载形式,持续作用的时间为15~35 ms,幅值和脉宽随冲击力增大而增大且与网壳结构的刚度性能有关。柱面网壳在冲击荷载作用下存在全局敏感性和局部敏感性杆件,模型具有较大的后屈曲抗冲击能力,在顶点垂直冲击下没有发生连续断裂。基于ANSYS/LS-DYNA建立了精细化试验模型,模拟单层柱面网壳的失效模式并与试验结果对比,验证了数值模拟方法的有效性。

单层倒悬链型柱面网壳的非线性稳定性研究

针对拱准线形式为悬链线的单层倒悬链型柱面网壳结构,首先对比分析了其常见的3种网格形式的稳定性能,确定了一种合理的网格布置形式,然后与单层圆柱面网壳的稳定性作了比较,最后进行了大规模的参数分析,较全面系统地研究了单层倒悬链型柱面网壳的静力稳定性,包括长宽比、矢宽比、杆件截面尺寸、初始几何缺陷和荷载不对称分布各参数对结构极限荷载的影响.研究表明:常见网格形式的单层倒悬链型柱面网壳,以斜杆I型的整体稳定性能最好,且相比单层圆柱面网壳,其刚度和极限承载力都得到了较大的提高;长宽比、矢宽比对单层倒悬链型柱面网壳极限承载力影响显著并具有良好的规律性,结构横向加劲肋间距应小于横向宽度;网壳极限承载力与截面等效刚度呈线性关系;初始几何缺陷对结构影响较显著,当缺陷达到波宽的1/300时,网壳极限荷载最大降低达57%;结构对不对称荷载作用不敏感.

节点刚度对单层柱面网壳动力稳定性的影响

采用时程分析法研究了PGA(地震动峰值加速度)变化时,单层柱面网壳精细化模型节点刚度变化对结构动力稳定性的影响。研究中考虑了结构参数(矢跨比、长宽比等)的变化,通过改变节点壁厚实现节点刚度的变化,共建立了4组精细化模型。对比分析结果发现所有模型组得出的规律接近,即当PGA超过结构的失稳临界加速度值时,PGA越小节点刚度的增加对提高结构抗动力失稳的效果越明显,并且此规律受矢跨比、长宽比等结构参数变化的影响很小。

单层柱面网壳结构的非线性稳定性研究

基于非线性屈曲理论 ,以非线性有限元为工具 ,建立了单层网壳结构的稳定性分析的有效计算方法。将具有广泛适用性的判断结构稳定状态的准则引入到结构强度计算中 ,使强度问题与稳定问题统一在一起 ,并以结构当前刚度参数来反映结构的软化程度 ,采用柱面弧长法进行过程跟踪。

单层柱面网壳强震失效分析中考虑节点刚度影响的简化模型研究

在进行单层柱面网壳强震失效分析时,采用能考虑球节点轴向刚度和弯曲刚度耦合的壳单元精细化模型固然好,但是壳单元模型的单元数目太多,相对于梁单元常用模型的计算量是非常大的。然而,常用模型由于不考虑节点刚度的影响,强震下地震响应分析的结果误差又较大。因此,在常用网壳模型的基础上建立了能等效精细化网壳模型的相对简化模型,此模型在节点区域用梁单元代替空心球节点,通过减小节点区杆件的刚度,可以明显改善模型的分析精度,而且采用模型后计算量增加不大,所以此模型更适合进行此类结构的强震失稳分析。

成都双流机场航站楼单层柱面网壳结构的整体稳定性研究

采用基于梁 -柱单元的非线性分析程序 ,对成都双流机场航站楼二典型柱面网壳 +支承柱这一整体结构在三种主要组合工况 (竖向对称荷载组合、竖向非对称荷载组合及风荷载组合 )作用下的承载性能进行了全过程追踪分析。结果表明 ,与单纯柱面网壳结构相比 ,柱面网壳 +支承柱这一整体结构的失稳路径单一 ,一般仅发生极值型失稳 ;其弹性极限承载力大大降低 。

局部双层柱面网壳的几何非线性稳定性分析

本文探讨了局部双层柱面网壳的合理结构形式，对其非线性受力性能进行了详细的研究。针对这种结构中比较特殊的一端铰接一端刚接梁单元提出了坐标转换矩阵的计算方法，并编制了相应的计算程序。通过对若干算例及一个局部双层网壳的计算分析，验证了本文方法理论的正确可靠，并得到了一些有价值的结论。

单层倒悬链型叉筒网壳静力与稳定性研究

针对以倒悬链线作为交叉柱面准线的单层倒悬链型叉筒网壳,对其常见网格形式结构的静力与稳定性进行比较,得到了结构最佳网格形式.在此基础上,将单层倒悬链型叉筒网壳与圆弧型叉筒网壳进行了静力性能与稳定承载力对比,研究了倒悬链型叉筒网壳的稳定性,包括屈曲模态及杆件截面尺寸、结构几何缺陷、荷载不对称分布与支座约束形式等对结构极限承载力的影响.结果表明,单层倒悬链型叉筒网壳三角形网格形式结构性能最佳;该结构相比圆弧型叉筒网壳具有明显的优越性;初始缺陷对结构稳定性影响较为显著,计算时应考虑1/300跨度的初始缺陷峰值;结构对不对称荷载作用较为敏感;矢跨比为0.50时,网壳的稳定性最好,为最优矢跨比.

局部双层柱面网壳的形式及其稳定性分析

首先提出柱面网壳局部双层形式的形成方法与原则,给出常见局部双层形式,并分析其构造特点。采用几何非线性有限元理论,对不同网壳形式进行了深入的稳定性分析、参数分析,以及边界支承条件的影响等。本文研究结果对实际工程有重要应用价值。

地震作用下单层柱面网壳的动力稳定性能分析

以单层柱面网壳结构为研究对象,利用El-centro地震波对该类结构进行了时程地震反应分析,考察了结构的地震响应和抗震性能,研究了其在地震作用下的动力失稳特点。选取了几种几何尺寸不同的单层柱面网壳,分析了矢跨比和长跨比对单层柱面网壳动力稳定性能的影响。

板锥柱面网壳结构力学性能分析

板锥柱面网壳是一种新型的空间结构形式 ,它是建立在板锥单元系和常规的双层柱面网壳基础上的一种结构。论文基于有限元法 ,针对两种不同支承情况进行结构分析计算 ,研究板锥柱面网壳结构在静荷载作用下的位移和内力分布规律 ,得出了一些有价值的结论 ,为板锥柱面网壳结构的应用和设计提供理论指导。

大型屋顶网壳结构稳定性分析及实时评估策略

进行了大型屋顶网壳结构的非线性屈曲分析,提出了支撑钢牛腿失效后网壳结构稳定性的实时评估策略。在有限元分析中,对于结构中的主桁架梁采用梁单元,对其他构件采用空间杆单元来模拟,并采用柱面弧长法来跟踪结构的屈曲平衡路径。结构分析中仅考虑结构的自重和风荷载。计算风荷载时,结构上的风压力系数采用缩尺模型的风洞试验结果。非线性分析结果表明,该网壳结构具有较高的稳定性。

考虑梁元侧向弯曲的网格圆柱壳结构非线性建模与分析

本文提出了粱元正交布置的单层网格扁壳结构在考虑梁元侧向弯曲时的结构非线性模型.运用虚功原理,给出了该类网壳结构的大挠度基本控制方程和边界条件.对于竖向均布荷载作用下的网格圆柱壳,采用伽辽金法分析并计算得到了考虑侧向弯矩时网格圆柱壳的非线性荷载位移关系和结果曲线,与忽略侧向弯曲的情况进行了比较.同时,还分析了不同矢跨比对网格圆柱壳稳定性的影响.

杆件初弯曲对半刚接单层柱面网壳稳定承载力的影响研究

为了系统地研究杆件初弯曲对半刚接单层柱面网壳稳定承载力的影响,对5种矢跨比的半刚接网壳进行了双重非线性全过程分析。首先阐述了焊接球节点刚度及随机杆件初弯曲的确定方法,然后深入研究了杆件初弯曲对5种矢跨比的半刚接网壳稳定承载力的影响程度,最后探讨了具有杆件弯曲的半刚接网壳的破坏过程。研究结果表明,杆件初弯曲对半刚接网壳稳定承载力的影响程度与网壳矢跨比和初弯曲分布形式有关。如杆件初弯曲对矢跨比为1/3、1/4半刚接网壳的影响甚微,对矢跨比为1/5半刚接网壳的影响较为明显。矢跨比为1/6半刚接网壳的承载能力对个别杆件的弯曲形式较为敏感,而对某些杆件的初弯曲形式不敏感;随着矢跨比的减小,具有杆件初弯曲的半刚接网壳的极限荷载的离散性先增大后减小;网壳达到极限状态之后,失稳区域的竖向位移、杆件的弯曲应力和节点的转角迅速增大,网壳的受力状态转变为弯曲应力状态,当失稳区域的位移较大时,会引起该区域部分杆件丧失稳定,最终导致网壳发生整体失稳。

局部双层柱面网壳与单层网壳的对比分析

合理的局部双层网壳结构能够较好的解决单层网壳承载力低、整体稳定性较差以及双层网壳由于杆件、节点较多造成结构繁杂的缺点,近年来得到了较多的应用.以正交正放局部双层柱面空腹网壳为例,通过与相同跨度及截面下单层网壳的对比,详细阐述了局部双层网壳在承载力、稳定性及经济指标上的优越性,得出了一些对工程设计具有指导意义的结论.

三心圆柱面双层网壳结构整体稳定性分析

以某电厂干煤棚三心圆柱面双层网壳结构为例,建立结构稳定有限元分析模型,考虑、久荷载+全跨可变荷载""永久荷载+半跨可变荷载" 2种分析工况,取各工况作用下的一阶屈曲模态作为结构的初始几何缺陷分布模态,采用仅考虑几何非线性和考虑几何、材料双重非线性的全过程分析方法,计算得到各模型的荷载-位移曲线和稳定承载力系数,结果表明"永久荷载+全跨可变荷载"工况对结构稳定更为不利;随着缺陷幅值增加,结构稳定系数下降不多,说明初始几何缺陷对结构稳定性的影响较小。结构失稳主要由部分杆件进入塑性引起,采用弹性全过程分析方法会过高估计结构稳定承载力,建议在计算三心圆柱面双层网壳结构的稳定性时采用弹塑性全过程分析方法。

铝合金柱面网壳结构弹塑性稳定性研究

对铝合金柱面网壳结构弹塑性稳定性进行了系统的研究,设计了符合实际工程应用的55例铝合金柱面网壳。通过ANSYS有限元软件对柱面网壳进行弹塑性全过程分析,分析了跨厚比、矢跨比、材料非线性、荷载分布模式和初始缺陷对柱面网壳整体稳定承载力的影响。根据初始缺陷不同、作用荷载不同等设计了660例柱面网壳,并对其进行有限元分析,提出了柱面网壳弹塑性整体稳定设计方法。

柱面网壳结构动力稳定性分析

利用ANSYS软件中的动力分析程序,研究了柱面网壳结构在地震作用下失稳时,静荷载和杆件局部失稳对结构整体失稳的影响程度,并通过计算分析,得出了一些有益的结论。