桩-土-结构相互作用下新型抗拔摩擦摆支座对单层柱面网壳结构地震响应的影响

基于设计提出的铜基面抗拔摩擦摆支座（FPB）试验研究和数值模拟,将铜基面抗拔摩擦摆支座以双线性模型简化,并结合桩-土-结构相互作用（PSSI）、黏弹性人工边界相关理论,采用整体有限元法建立桩-土-结构相互作用的隔震（PSSII）单层柱面网壳结构模型,研究桩-土-结构相互作用下铜基面抗拔摩擦摆支座对网壳结构地震响应的影响及地震波输入的空间效应问题。研究结果表明：铜基面抗拔摩擦摆支座使桩-土-结构作用下的网壳结构的节点加速度峰值衰减50%~60%,网壳杆件的内力衰减50%~80%,地震波频谱特性对抗拔摩擦摆支座的隔震效应有着不可忽略的影响;PSSII体系网壳节点加速度最大值未必在地震波垂直入射时最大,入射角度45°~60°是一重要的考虑区间;当地震波入射角度为55°~80°时,在进行抗震计算时可按国家标准规定进行地震波输入,当不在此范围时,不宜按照规范规定进行地震波输入,应考虑地震波的空间效应。

考虑土-结构相互作用双层柱面网壳在多点输入下的地震反应分析

目前对于网壳结构的地震反应研究大部分仍然采用一致输入,特别是没有考虑土-结构相互作用对网壳结构的影响。本文通过对大型有限元分析软件MSC.Nastran的二次开发,用等效线性化方法考虑土体的非线性,对土体采用三维实体单元建模,并对土体在基岩面上采用地震动的多点输入,计算分析了大跨度双层柱面网壳的动力反应,并且与一致地震动输入下网壳结构的地震反应进行了对比,考察了两者之间的差异,深入分析了考虑土-结构相互作用下,双层柱面网壳结构在多点输入和一致输入下的地震反应规律,并得出了一些重要结论。

风荷载下单层柱面网壳的动力稳定

以一单层柱面网壳为例,利用Budiansky-Roth准则研究空间结构在风荷载下的动力稳定性。介绍了Budiansky-Roth准则,通过风洞试验获得单层柱面网壳上的风荷载并研究其动力稳定性,讨论了初始几何缺陷、风向角和风压系数的影响,并将动力失稳分析结果与我国规范和阵风响应因子法(GRF法)计算动力响应导致结构破坏的方法作了比较。研究结果表明,空间结构进行风荷载下的稳定性设计时有必要研究其在风荷载下的动力稳定性。

单层柱面网壳结构风振系数及其参数分析

风荷载作用是网壳结构设计中的主要荷载之一。本文利用线性自回归过滤器法模拟了具有时空相关性的随机风速时程曲线,利用有限元方法对3向网格单层柱面网壳进行了三维风振响应时程分析,系统考虑了矢跨比、长宽比、平均风速等参数对结构风振特性的影响,得出该类结构在上述参数下位移风振系数和内力风振系数的变化规律,并回归出计算公式,为单层柱面网壳的实用抗风设计提供一定参考。

地震动差动作用下大跨度空间网壳结构的反应分析

选取100 m跨度的双层柱面网壳结构为研究对象,采用时程分析法,分别进行了结构在单向和三向地震行波输入作用下的反应分析,并针对多种视波速情况进行了研究,考查了地震动不同输入情况下结构杆件内力的分布特点,对其进行了对比分析,为大跨网壳结构的抗震设计提供了理论依据。研究表明,考虑行波效应会使结构部分构件内力有一定程度的提高,多维地震作用比单维地震作用下结构的杆件内力大。由此得出结论:对于大跨度空间网壳结构,应该进行多维非一致输入下的地震反应分析;为保证抗震安全,应对可能出现的地面视波速进行全面分析。

单层柱面网壳的风振响应

在脉动风作用下单层柱面网壳结构的风振响应与一般高层高耸建筑的响应有较大的区别,其主要贡献模态一般不是第一模态,而往往分布在前数十阶模态.寻找对网壳结构风振响应有主要贡献的模态具有重要的意义.文中采用考虑高阶振型共振响应的综合模态法,计算了单层柱面网壳的风振响应,分析了自振频率、阻尼比等因素对共振响应的贡献,讨论了计算综合模态时所需的振型数;针对结构自振频率的密集性,揭示了考虑振型互相关性的必要性、影响振型互相关性的因素和计算振型互相关性所需的振型数,并给出了具体结构的位移风振系数和内力风振系数.

双层柱面网壳结构在地下隧道内爆炸冲击下的动力响应分析

对双层柱面网壳结构在地下隧道内爆炸冲击作用下的动力响应进行了研究。借助ABAQU S有限元软件建立了考虑地基土、混凝土、钢材等材料非线性的隧道-土-网壳结构耦合体系的三维数值模型,并通过算例验证了所建体系模型的正确性和有效性。分别对单、双线隧道布局、网壳与爆炸隧道间距离的变化、爆炸点在隧道内沿其纵轴线移动等三组工况进行了系统研究。结果表明:网壳与爆炸隧道间增设的平行隧道会对爆炸波在土中的传播起到明显的阻挡作用,降低了网壳节点和杆件响应的峰值;增大网壳与爆炸隧道间的距离,可有效减小网壳的动力响应;爆炸点在隧道内沿轴线移动会对网壳结构的内力分布产生明显的影响。

柱面拱支网壳静力性能分析

拱支网壳结构体系是在综合了网壳(网架)及拱结构的优点的基础上,构思出的一种新型大跨度空间杂交结构形式。通过与一般柱面单层网壳结构的对比,对不同矢跨比的单层柱面拱支网壳结构考虑不同拱肋配置下的静力性能,特别是结构极限承载能力及对初始几何缺陷的敏感性进行了分析比较。介绍了几个采用单层柱面网壳结构作为屋面结构的工程实例及其采用拱肋加强后的实际效率。理论分析结果及工程应用表明,在拱结构的帮助下,柱面单层拱支网壳结构的静力性能得到了明显的改善。

新型拉索—单层柱面网壳结构屈曲荷载分析

新型拉索-单层柱面网壳结构是一种新型预应力空间结构.利用有限元分析软件AN-SYS建立该新型结构的组合有限元模型,进行特征值屈曲分析和考虑初始缺陷的非线性屈曲分析,较系统地研究了在不同的矢跨比、跨度、预应力、索断面面积、撑杆长度等因素下结构屈曲荷载的变化规律,结果显示这种新型预应力网壳结构比单层柱面网壳结构的稳定承载力有较大程度的提高.

支座水平滑移使柱面网壳结构成型施工新方法研究

介绍一种以支座水平滑移方式使柱面网壳结构快速成型的施工(专利)新方法,并结合工程算例,用时变结构力学分析计算方法与常规设计计算方法分别对结构施工全过程进行了受力分析和对比。

正交巨型柱面网壳机库屋盖结构几何构型研究

分析了正交巨型柱面网壳机库结构的几何构成形式,推导了结构各几何参数间的数值关系,提出了正交巨型柱面网壳机库结构的建模方法。编制建模程序,给定结构跨度、长度、矢高、网格数,便可生成正交巨型柱面网壳结构几何模型。与正放四角锥双层柱面网壳和斜放四角锥双层柱面网壳结构进行对比分析,计算杆件最大应力、结构最大挠度与单位面积用钢量。结果表明,正交巨型柱面网壳机库屋盖结构主次分明、受力合理、传力路线明确,在保证结构强度与刚度的基础上减少材料用量,减轻结构自重,使机库结构实现更大跨度,为机库屋盖结构的理论研究与工程设计提供参考。

考虑积雪漂移效应的单层柱面网壳结构承载能力研究

雪荷载随机分布对空间结构的稳定性和承载能力影响较大,风致积雪漂移和积雪融冻造成过重大工程事故。为研究雪荷载随机分布对柱面网壳结构承载能力的影响,利用有限元软件ANSYS对某30m跨单层柱面网壳结构进行了数值分析,通过研究雪荷载半跨均布渐增随机分布、满跨不等值均匀随机分布、半跨三角形不等值随机分布和半跨节点雪荷载随机分布及组合等工况,总结了450种雪荷载随机分布工况下结构变形发展规律和最不利雪荷载工况。结果表明,当风致积雪漂移产生的附加雪荷载分布于靠近柱面网壳底部1/4跨区域,或除雪不及时造成单侧屋盖积雪融化或除雪不彻底造成的单侧屋盖无雪,都将使结构变形超过最大设计值,属于更不利的雪荷载布置工况。

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。

板锥柱面网壳的静力特性影响因素分析

板锥网壳结构是一种受力性能合理的新型空间结构形式。采用组合结构有限元法对板锥柱面网壳的静力特性影响因素进行了详尽的分析,着重研究了结构形式、几何参数和边界条件对板锥柱面网壳静力特性的影响。分析结果表明,形式不同的板锥柱面网壳,结构的变形规律及内力分布规律相去甚远,对于同一型式的板锥柱面网壳,仍因其几何外形,尤其是矢跨比的不同有不同的结构反应。板锥柱面网壳是边界条件敏感型结构,边界约束条件的细微变化将有可能使结构产生相当大的变化。因此,了解影响板锥网壳结构静力特性的因素是十分重要的。

某大跨度煤棚结构方案选型及计算

某干煤棚初定设计跨度为160m,长度为400m,对柱面网壳和张弦桁架两种结构方案,分别选取3种结构布置形式进行了结构计算,结合计算结果及施工难易程度和经济性对各种布置形式优缺点进行分析,最终选定50m高张弦拱桁架方案,并完成了结构设计。利用结构分析与设计软件MIDAS对整体结构进行分析验算,并选用ABAQUS软件进行动力弹塑性时程分析,结构的各项指标均满足相关规范要求。可为类似大跨度项目的选型及设计提供参考。

结构长度改变下双层柱面网壳多点输入影响分析

以长度分别为90 m、45 m的两个双层柱面网壳为例,利用有限元软件ABAQUS,采用直接输入位移法,对结构在不同地震波激励方向及传播方向下多点输入与一致输入的地震响应进行对比分析,分别得出不同工况下不同位置杆件的多点输入影响规律及结构长度改变对其影响。结果表明:地震波激励与传播方向不同,多点输入效应分布各不相同。

新型拉索—单层柱面网壳结构的稳定性和参数分析

为了确定新型拉索—单层柱面网壳结构从稳定平衡状态变为不稳定平衡状态的临界荷载和屈曲后性态,利用有限元分析软件ANSYS建立梁单元、杆单元和索单元的组合有限元模型,采用弧长法对新型拉索—单层柱面网壳结构在不同荷载工况下初始缺陷的非线性屈曲进行了弹性大挠度跟踪分析。通过改变结构参数、几何参数等因素,较深入地研究了该新型结构的非线性稳定性能。

蜂窝型柱面网壳结构的参数化设计及加强

利用通用有限元软件ANSYS参数化设计语言,建立蜂窝型网格(正六边形)的柱面网壳模型。同时,针对单纯的六边形网格柱面网壳由于刚度和稳定性较低,无法在中大跨度网壳结构中使用的问题,借鉴网壳、网架结构中正放四角锥型的腹杆连接形式,提出在每个六边形网格上施加正放六角锥型腹杆的连接形式,从而使每个六边形网格都得到加强。结构分析表明,单元网格得到加强后的六边形网格柱面网壳整体刚度和稳定性都得到很大程度的加强,且由于网格加强的杆件均采用较小的截面以及结构得到加强以后自身承载能力增加所带来的耗钢量的降低,故加强后的结构在保留六边形结构简洁、通透、耗钢量低等优点的前提下,大大提高了六边形网格柱面网壳结构的适用范围。同时,采用参数化设计方法建立的参数化建模程序为进行不同类型、不同几何参数下六边形柱面网壳的受力分析和设计方案比较提供了极大的方便。

单层柱面网壳结构极限承载力参数分析及预测

采用ANSYS有限元软件对比分析了单斜杆型、双斜杆型、三向网格和联方型四种单层柱面网壳结构在不同矢跨比情况下,长跨比与初始几何缺陷对结构极限承载力影响规律,分析结果表明:长跨比对不同矢跨比的联方型与三向网格型网壳极限承载力的影响成规律性变化,即矢跨比越大,长跨比的影响越显著,这一影响趋势对于单斜杆及双斜杆网壳并不明显,同时,初始几何缺陷对矢跨比越小的网壳影响越显著。最后,提出一种基于BP神经网络的考虑初始几何缺陷的柱面网壳极限承载力预测方法,通过测试验证,该方法预测结果误差最大不超过6%,可较为理想的预测结构的极限承载力。

考虑SSI时不同支承方式对常用模型的地震响应影响

通过ABAQUS有限元软件中B31梁单元建立单层柱面网壳常用模型,研究当单层柱面网壳采用四边支承时,在结构跨度方向上简化山墙的作用和考虑山墙作用对常用模型的地震响应影响。通过对比2种模型的位移时程曲线可知:第1种简化山墙作用的模型整体刚度很大,且抗震性能很好,当结构处于强震环境(地震动加速度峰值为1000 gal时)下结构才开始发生明显的屈曲现象;第2种采用抗风柱来替代山墙的模型在地震动加速度峰值为400 gal时就出现了屈曲现象。