单层双曲扁网壳参数化设计静动力性能分析及选型优化设计

摘要

因其内部空间大以及造型美观的特点，双曲扁网壳适用于体育馆以及大型空间结构的屋顶。本文运用有限元软件ANSYS自带的程序语言APDL(algorith mic processor description language)编制了五种单层双曲扁网壳的建模程序，探究了双曲扁网壳在四点铰接支承下的静动力性能，以及两侧铰接支承下的动力性能；运用Fortran语言编写了网壳结构优化的程序。具体内容如下：
　　(1)根据双曲扁网壳结构参数方程，确定各节点的坐标，然后根据五种类型网壳杆件连接方式的不同，建立了模型宏程序；根据空间两点距离公式，结合双曲扁网壳节点的坐标，推导出了双曲扁网壳杆长公式；依据抛物线曲线积分以及网壳杆件稳定性约束条件，得出了不同杆件截面下的结构杆件长度以及网格数范围。在结构设计时，给定长跨、短跨、长跨矢高、短跨矢高、网格数等宏观参数，可通过引入该不等式，保证工程上对杆件长度以及网格数的控制要求，对于缩减周期和成本具有重要意义。
　　(2)对五种单层双曲扁网壳结构施加静力荷载同时考虑结构自重，就结构最大位移和最大应力两个方面，分析了跨度、矢高、网格数以及支座形式的变化对网壳结构静力性能的影响，总结出各类网壳的适用的网格数以及矢高范围，并且对比了不同支座条件下网壳静力性能，选出了受力性能较好的支座形式，为后面网壳结构动力分析做好准备。
　　(3)针对单斜杆、双斜杆、弗布尔、联方以及三向格子型五种网壳运用离散变量序列的两级优化算法对结构进行形状优化，以网壳总耗钢量最少为目标函数，考虑结构整体强度、刚度以及稳定性约束条件，通过算例分析，得出了跨度、矢高、网格数对总耗钢量的影响程度，为结构设计提供参考建议。
　　(4)以三向格子型和弗布尔型两种静力性能较好的网壳进行地震响应分析，分别讨论了跨度、矢高、网格尺寸以及杆件截面对结构自振频率和振型的影响；同时采用时程分析法分析了三向格子型网壳在三个一维地震以及一个三维地震作用下的振动特性，探讨了矢跨比、网格数以及支座条件等参数变化时对结构最大位移的影响；归纳出单层双曲扁网壳的地震响应规律，这对工程实践有较大指导作用。
　　最后，对单层双曲扁网壳结构的研究进行总结归纳并对以后研究进行展望。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1空间结构的分类：

1.2 网格结构的特点与节点分类：

1.3网壳结构的发展

1.4 网壳结构的类型

1.5 双曲扁网壳结构的特点及实例

1.6双曲扁网壳结构研究现状

1.7 本文主要研究内容与方法

第2章 单层双曲扁网壳结构参数化设计及几何参数的关系

2.1单层双曲扁网壳结构参数化设计

2.2五种单层双曲扁网壳几何参数关系式推导

2.3五种单层双曲扁网壳几何参数应用

2.4 本章小结

第3章 单层双曲扁网壳静力性能分析

3.1 前言

3.2 计算模型及边界条件

3.3五种单层双曲扁网壳静力分析

3.4影响五种单层双曲扁网壳静力性能的因素

3.5本章小结

第4章 单层双曲扁网壳的形状优化

4.1网壳结构优化的方法及原理

4.2截面级优化设计

4.3优化设计的数学模型

4.4形状优化流程图

4.5五种单层双曲扁网壳结构形状优化

4.6本章小结

第5章 双曲扁网壳地震响应分析

5.1前言

5.2自振特性分析原理

5.3双曲扁网壳自振特性分析

5.4影响结构自振特性的因素

5.5 单层双曲扁网壳地震响应分析

5.6三向格子型双曲扁网壳结构地震响应影响因素

5.7 本章小结

第6章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

后记

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况

攻读硕士学位期间参加科研情况