某椭圆抛物面辐射式张弦梁结构的非线性屈曲及施工仿真分析

以一31.1m×24.1m跨度的椭圆抛物面辐射式张弦梁结构为分析对象,考虑几何非线性、初始几何缺陷、材料弹塑性及活载的半跨布置,对其非线性屈曲性能进行研究。采用分批分阶段的拉索张拉施工方案,通过对张拉全过程的仿真分析,得到直接指导施工的各组拉索张拉力。研究表明:初始几何缺陷按最低阶屈曲模态分布时,稳定承载力系数并非最小;荷载不对称分布对结构的稳定性更为不利;材料非线性对结构稳定性影响较大;初始几何缺陷取短轴跨度的1/500较为适宜;各组拉索的实际施工张拉力与目标索力差别较小,张拉过程中,群索之间索力的相互影响不大。

结构非线性动力稳定性研究中的关键问题探讨

静、动力稳定性问题是大跨空间结构分析中最重要同时也是最复杂的问题。本文首先对目前国内外在周期荷载、冲击荷载、阶跃荷载等各种动力荷载作用下结构和构件的动力稳定性研究现状进行简要回顾。然后 ,重点分析和介绍大跨空间结构在地震等任意动力荷载作用下的动力稳定性分析方法、关键问题和工程应用现状与前景。结合作者以往在这方面的研究成果 ,提出解决问题的思路和方法。

初始缺陷对除尘器壳体立柱轴压稳定性的影响

为考虑除尘装备壳体加劲钢板墙板-H型钢立柱结构体系中初始缺陷的影响,采用非线性有限元方法,研究初始几何缺陷和焊接缺陷对立柱承受轴向压力时失稳模态和稳定承载力的影响。研究结果表明:较为不利的初始几何缺陷形态是立柱截面的初始弯扭变形,较为不利的发生最大初始几何变形的位置在靠近柱顶的高轴力区。焊接残余变形对壳体立柱轴压稳定性影响很小,焊接残余应力对壳体立柱稳定性有微小的有利影响。构建壳体立柱轴压稳定性数值计算模型时,可以引入施加定向干扰的完善结构极值点模态缺陷,以充分考虑初始几何缺陷影响;无需考虑焊接残余应力影响。

初始几何缺陷对加筋结构后屈曲分析的影响

采用考虑几何和材料双重非线性的弧长法分析了受初始几何缺陷影响的加筋壁板在轴压载荷作用下的后屈曲破坏过程。在分析中探讨了初始几何缺陷的大小及形态对加筋壁板极限承载能力和破坏模式的影响。计算结果表明,当初始缺陷的最大位移值超过蒙皮厚度的0.1倍时,将影响结构的承载性能。小于蒙皮厚度的0.1倍时,初始缺陷的形态和大小对结构的承载能力不产生明显影响,但影响结构的最终破坏模式。在后屈曲分析中可以以线性屈曲特征值法计算得到的一阶屈曲模态为初始缺陷的模式,初始缺陷最大位移值取蒙皮0.005~0.1倍之间。

基于缺陷分布变离散度空间网格的结构稳定性

定义节点位置偏差离散度为偏差样本均方差与偏差幅值平均值之比,用以反映缺陷的离散程度.通过关于偏差离散度的参数分析方法,研究节点位置缺陷变离散度对空间网格结构临界荷载的影响规律.采用空间桁架结构作为试验对象,根据结点坐标偏差实测数据,获得更贴近实际模型的统计参数和离散程度,用改进随机缺陷法计算试验结构的临界荷载并与试验结果比较.参数分析和试验验证表明,不同的离散度对空间各网格结构的临界荷载影响较大,改进随机缺陷法采用"2σ原则"基本符合工程实际,但掌握实际结构初始缺陷的离散程度,能够进一步提高结构临界荷载的评估精度.

初始缺陷对张弦梁结构影响的有限元研究

张弦梁结构的初始缺陷主要包括几何缺陷和残余应力,对结构力学性能产生不利影响,但由于问题的复杂性和较高的分析成本,目前针对性研究还非常少,因而设计人员在进行张弦梁结构设计时通常不考虑初始缺陷的影响,从而可能使得结构存在一定程度的不安全因素。本文用有限元方法分析了初始缺陷对张弦梁结构预应力张拉阶段和工作阶段的力学影响,指出初始缺陷对预应力张拉阶段无明显影响,但几何缺陷对工作阶段的平面外位移有不可忽视的影响,应设法进行控制,并进一步指出通过在张弦梁上弦加侧向支撑的方法可以有效减小工作阶段的平面外位移,增加安全性。

大型储罐罐顶网壳的稳定性分析比较

石化行业的大型圆筒形储罐罐顶经常采用单层网壳作为支撑结构,根据目前已建工程的资料,此类钢网壳的最大直径已达到60 m。文章根据现行规范利用ABAUQS软件,对三种常用规格的扇形+葵花混合型(即Kiewitt+葵花型)和子午线型网壳的进行了考虑到初始缺陷的几何非线性分析,并对计算结果进行了比较。结果表明,在相同的罐顶载荷,用钢量基本相同的前提下,扇形+葵花混合型网壳比子午线型网壳稳定性能优秀的多,建议工程中应优选扇形+葵花形网壳。

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。

双肢组合截面轴心受压柱柔性支撑系统

为了研究由撑杆和连杆组成的柔性支撑系统,提出了简化的支撑系统设计方法,并给出了连杆设计流程图.考虑轴心受压柱和撑杆初始几何缺陷的影响,用解析法推导了支撑力和支撑刚度的计算方法.由于支撑作用在两肢立柱间连杆,引起支撑刚度减小,使得需要的支撑力增大.立柱抵抗失稳刚度增大或者撑杆长细比增大时,支撑作用于连杆时所需支撑力比直接作用于立柱时的增幅增大.结合实际工程,利用本文提出的设计方法得到的柔性支撑系统设计方案比原工程设计方案更为经济合理.

几何初始缺陷对加热炉壁板结构非线性分析计算的影响

为研究壁板几何初始缺陷对石化加热炉结构受力性能的影响,以一足尺加热炉壁板结构为研究对象,利用有限元软件ANSYS建立有限元模型,考虑了不同的一阶屈曲模态和初始缺陷幅值,进行非线性分析。有限元计算结果表明,不同的几何初始缺陷对石化加热炉壁板结构的应力及荷载位移曲线影响较小。初始缺陷幅值对壁板面外变形有影响,并且随着初始缺陷幅值的增大,这种影响越显著。不带加劲肋的壁板,随着初始缺陷幅值的增大,其壁板的面外变形及荷载位移曲线上升段受到的影响较大。

考虑缺陷的板片空间结构稳定分析

在工程中,一致缺陷模态法是对空间结构进行缺陷稳定分析的主要方法,但该法并不适用于板片空间结构的缺陷稳定分析。鉴于此,提出一种改进的方法,即利用结构屈曲前后两个邻近状态的位移之差来模拟结构的初始几何缺陷。由随机缺陷模态法得到的改进方法的可靠度以及与模型试验结果的对比可以证明,改进方法是可行的。

浅谈某单层球面网壳设计分析要点

通过一个具体工程实例,总结了单层球面网壳型式的选择、结构薄弱区域的处理以及杆件应力比的控制、结构的非线性稳定极限承载力与设计荷载的比值等设计分析要点.

基于激光测距仪的薄壳结构初始缺陷测量系统

薄壳结构的屈曲通常对初始缺陷十分敏感,因此对几何初始缺陷的精确测量是高质量的壳体屈曲试验的必要环节。本研究旨在开发一套基于激光测距仪的初始缺陷测量系统,以实现对壳体结构的快速、精确、非接触的测量。本文详细介绍该系统的设计思想及实现方法,包括激光测距仪的选择、转动与直线运动的实现、数据采集与计算机自动控制技术等。利用该系统对两个柱支承钢筒仓模型进行了仔细的初始缺陷三维测量,验证了系统的适用性和可靠性。文中还提出了利用二重傅立叶分解技术分析实测缺陷的方法。本文成果与方法为薄壳结构屈曲试验奠定了基础。

初始几何缺陷对大跨张弦桁架结构整体稳定的影响研究

张弦桁架结构在大跨空间结构中应用越来越广泛,如何确保此类结构的整体稳定性是钢结构领域面临的重要课题。首先以某185 m跨张弦桁架柱面煤棚为背景,分析了满跨活荷载、半跨活荷载和风荷载作用下不同初始缺陷对该结构整体稳定性能的影响,发现在该结构设计中,以理想结构的静力失稳模态作为结构的初始几何缺陷,比"一致缺陷模态法"对结构的整体稳定性有更显著的影响。再建立跨度为120,140,160,180,200 m的类似柱面张弦桁架模型并分别分析其整体稳定性。研究结果表明:此类张弦桁架结构对初始缺陷不敏感,静力失稳模态作为初始缺陷与一阶模态相比更加不利。

大跨度门式干煤棚网壳结构整体稳定性能分析

以114 m跨门式干煤棚网壳结构为研究对象,采用MIDAS GEN有限元分析程序研究该结构的稳定性能。考虑载荷的作用方式及结构的初始几何缺陷等因素对网壳稳定性能的影响。分析研究表明:满跨活荷载分布下结构的屈曲因子最小;网壳的极限稳定承载力随初始几何缺陷的增加而减小;不同初始几何缺陷情况下,结构失稳时的变形形态基本一致,都为网壳结构平面内失稳;对于本网壳结构,初始几何缺陷取为网壳跨度的1/300时,结构的荷载系数为16.24。

单层球面网壳整体稳定性分析

采用有限元计算软件ANSYS对跨度40 m的单层肋环型球面网壳进行了线性、完善几何非线性、缺陷几何非线性和缺陷双重非线性结构的整体稳定分析,分别比较了其各自的稳定形态及其荷载—位移曲线,并得出了一些结论。

基于可靠度的单层网壳结构临界稳定承载力计算方法

为研究基于可靠度的单层网壳结构临界稳定承载力计算方法,选取并改进随机缺陷模态叠加法,作为单层网壳结构初始几何缺陷模拟方法;结合混合阶容积公式,高效准确地计算结构稳定承载力的前四阶统计矩,进一步采用移位广义对数正态分布重构结构稳定承载力概率密度函数;并在给定目标可靠指标或失稳概率下确定单层网壳结构稳定承载力。分别采用六角星网壳模型和K8单层球面网壳结构验证了基于可靠度的临界稳定承载力计算方法的有效性,计算结果表明:采用前四阶屈曲模态叠加所获得的稳定承载力概率分布离散性更大,稳定承载力下降规律与一致模态缺陷法结果基本一致,且现行规范缺陷幅值取跨度的1/300较为保守。

受压板肋加劲板整体稳定试验研究

板肋加劲板是组成钢箱、钢拱、钢塔以及钢墩等桥梁结构的基本构件,其受压稳定问题是钢桥设计的重点.为研究板肋加劲板的受压整体稳定性能,设计了不同几何尺寸的板肋加劲板试件,进行轴向加载试验,测量各试件的初始几何缺陷,同时建立相应的有限元模型,考虑本构关系、残余应力与初始几何缺陷的影响,通过大量数值计算得到稳定折减系数,并与各国规范进行比较.分析结果表明,试件的几何缺陷沿板宽方向呈现中间高、两边低的形式,纵向初弯曲的方向具有一定的随机性.板肋加劲板整体稳定中长柱试件发生中部的弯曲失稳变形,且朝向被加劲板侧弯曲的极限承载力高于朝向板肋侧弯曲的极限承载力;整体稳定短柱试件主要发生肋间被加劲板的鼓曲与加劲肋端部的面外变形.随着长细比的增大,被加劲板侧弯曲试件的轴向平均应力-位移曲线的失稳特征更加明显.试验与有限元计算得到的稳定系数均高于中国钢桥规范中的b类柱子曲线的稳定系数,可偏安全采用规范中的b类柱子曲线进行板肋加劲板整体稳定计算.

单层网壳结构稳定分析中初始几何缺陷最大值的研究

初始几何缺陷的分布模式与大小对单层网壳的稳定性有较大影响。采用随机缺陷模态法,对K8型单层网壳进行了1 200例模型结构的弹塑性荷载-位移全过程分析。综合考虑结构的受力状态、初始几何缺陷对结构稳定的影响程度以及实际施工情况等因素,提出了初始几何缺陷最大值的合理取值。研究表明:随着初始几何缺陷最大值的不断增加,单层网壳结构受力状态由以薄膜内力为主逐渐向以弯曲内力为主转变,当初始几何缺陷最大值增大至跨度的1/300时,结构的受力状态不再以薄膜内力为主;若以轴向应力为主杆件的弯轴应力比统计均值不大于0.25,且其所占有效杆件的百分比统计均值不少于70%时,可认为结构的受力状态是以薄膜内力为主;当缺陷影响系数取0.5时,初始几何缺陷对结构稳定性能的影响显著;初始几何缺陷最大值取跨度的1/500较为合理。

Y形柱稳定性分析研究

Y形柱是机场航站楼屋盖支承体系中常采用的一种构件形式,作为主要承重构件,其稳定性决定了屋盖结构的整体承载能力。利用荷载-位移全过程跟踪技术,考虑几何非线性、材料非线性和初始几何缺陷,研究了在竖向和水平风、地震作用下薄壁Y形柱的稳定性。研究表明:竖向荷载作用下Y形柱以分叉段平面外屈曲为主要失稳模式;Y形柱对初始几何缺陷不敏感;水平风荷载对Y形柱稳定性不起控制作用;竖向和水平荷载作用下,发生面外失稳前柱子分叉处已经进入塑性变形,柱子强度问题先于整体失稳。