单层球面网壳

摘要： 在不同频率特征的地震动作用下,三维隔震单层球面网壳结构隔震层最优阻尼设计不同。文中基于单自由度体系加速度传递率函数,提出一种地震动主频相关的加速度阈值变阻尼半主动控制方法以及地震动主频分区识别方法。基于ABAQUS软件的DLOAD子程序,开展了三维隔震单层球面网壳被动控制与半主动控制有限元计算,对节点加速度、杆件轴力进行了分析。结果表明,DLOAD子程序模拟方法可实现大型工程结构的复杂半主动控制有限元模拟。频率相关加速度阈值变阻尼半主动控制方法可对地震动频率特征快速检测,控制最优阻尼缓慢变化,避免由于阻尼切换造成的结构动力响应的突增现象,对节点加速度以及杆件轴力的控制效果均接近理想最优被动控制。

摘要： 中国现行的空间结构设计方法仍然采用经验的整体安全系数,未能较好地考虑不确定性因素的影响。该文选取K8型单层球面网壳,对该结构进行整体可靠度分析。建立荷载和结构参数的概率模型,分别采用蒙特卡洛模拟和响应面法,构造结构真实的荷载与抗力极限状态方程,进而采用FORM计算其失效概率和可靠指标。同时对《空间网格结构技术规程》(JGJ 7-2010)提供的设计方法进行校准,基于规程的整体安全系数设计公式生成结构的极限状态方程,并得到其失效概率和可靠指标。分析结果表明:现有规程设计方法偏于保守,过低估计了结构的可靠性,应该基于全概率整体可靠度分析方法对现有设计方法进行修正。

摘要： 提出了一种变刚度滑移支座(NonlinearSpring-FrictionBearing,NFB),该支座由非线性圆锥弹簧和平面滑移支座组成;结合支座构造特点和工作原理建立了该支座的理论模型;利用有限元软件建立支座的实体模型,研究其滞回性能和应力分布状态,并分析圆锥弹簧关键参数对滞回特性的影响;将NFB和常见定刚度滑移支座应用于单层球面网壳进行三向地震作用下的时程分析,考察其隔震性能,并引入隔震系数对结构整体隔震效果进行评估.结果表明:NFB可有效降低多维地震下网壳结构的地震响应,且相对定刚度滑移支座有更好的节点相对位移、支座位移控制能力和支座自复位能力.

摘要： 为探索地震作用下单层网壳的最不利初始几何缺陷分布模式,对施加四种初始几何缺陷的单层球面网壳分别开展了抗震性能研究.参照相关文献选取一致缺陷模态一、一致缺陷模态二,特征值缺陷及一阶振型缺陷四种典型的初始几何缺陷分布模式,并介绍了四种初始几何缺陷模式的理论计算公式及施加于理想网壳的方法;通过有限元建模分析,考察了施加四种初始几何缺陷模式后单层网壳的变形及自振频率变化;分别对跨度为100 m和其它不同参数的单层球面网壳施加上述四种初始几何缺陷模式、并分别输入七条选取于唐山地震主震实测三向地震动记录开展动力时程分析,考察四种初始几何缺陷模式对单层网壳动力工作性能及承载能力的影响.结果显示,对于矢跨比为1/3的单层球面网壳,施加一致缺陷模态一后网壳的最大节点位移值较大;其它参数的单层球面网壳,施加了特征值初始几何缺陷模式后网壳的最大节点位移值较大.该研究可对单层网壳开展动力工作性能分析及结构设计考虑地震作用时最不利初始几何缺陷模式的选取提供参考.

摘要： 为研究单点连续冲击荷载作用下单层球面网壳结构的失效模式,应用通用有限元软件ANSYS LS-DYNA建立了40m跨度,四种不同矢跨比的K8型单层球面网壳结构有限元模型。通过分析单层球面网壳结构在单点连续冲击荷载作用下失效全过程的冲击荷载、能量转化和杆件变形特点,总结归纳出单层球面网壳结构在单点连续冲击荷载作用下的五种失效模式:网壳局部凹陷、网壳局部凹陷时杆件剪切破坏、网壳整体塌陷、网壳整体塌陷时杆件剪切破坏、杆件剪切破坏。对五种失效模式进行了全过程研究分析,明确了单层球面网壳结构在单点连续冲击全过程中肋杆、环杆、斜杆的破坏形式和能量传递与转化特点。

摘要： 单层球面网壳是常用的体育馆屋盖结构,斗屏是柔性悬挂于体育馆屋盖中央的大型显示设备。本文基于Abaqus软件建立了由单层球面网壳结构和斗屏组成的有限元模型,采用Lanczos法分析了柔性悬挂斗屏模型和固定质量模型的自振特性。探讨了吊索长度和斗屏重量对柔性悬挂斗屏模型自振特性的影响规律。结果表明:固定质量模型的各阶自振频率显著高于柔性悬挂斗屏模型的自振频率,斗屏简化和悬挂斗屏时前3阶振型均较简单,第4阶往后的振型较为复杂;斗屏重量和吊索长度对柔性悬挂斗屏模型的高阶自振频率影响很小而对部分低阶自振频率影响较大。

摘要： 针对由H型杆件构成的单层铝合金球面网壳,采用ANSYS有限元软件进行了静力稳定性能分析,研究了H型杆件长细比对该类网壳静力稳定性能的影响规律。分析表明:杆件长细比影响该类网壳的极限承载力和屈曲模态。长细比越大,网壳的极限承载力越低。当杆件长细比小于70时,结构的屈曲模态以壳体屈曲为主;当长细比处于70~100时,可能发生杆件屈曲或壳体屈曲,且杆件屈曲的比例随着长细比增大而逐渐上升;当杆件长细比大于100时,则以杆件屈曲为主。建议实际工程设计中,对于采用H型杆件的单层铝合金球面网壳,杆件的长细比不宜超过100。

摘要： 通过现场实测对铝合金板式节点单层球面网壳结构的阻尼比进行了分析研究.针对一平面尺寸45 m×45 m,矢高2.86 m的铝合金板式节点单层球面网壳结构,设计了11种工况,通过现场实测采集了160条人工激励下的节点加速度自由衰减振动信号以及6条环境激励下的节点加速度振动信号,采用解析模态分解法(AMD)结合希尔伯特变换识别结构的自振频率和阻尼比.对所得数据进行分析,建议铝合金板式节点单层球面网壳的结构阻尼比取4％.运用实测阻尼比数据建立有限元模型分析结构动力响应,对应实测节点加速度响应曲线和有限元计算得到的响应曲线吻合较好,所测得阻尼值可为现行规范修订提供依据,为结构动力分析与工程设计提供参考.

摘要： 凯威特-联方型单层球面网壳是工程中一种常见的混合型单层网壳结构,采用常规方法建模效率较低,因此研究这种网壳的参数化建模方法具有重要的工程应用价值.本文根据凯威特-联方型单层球面网壳的网格分布特点,结合空间直角坐标和球坐标,找出网壳上圈与圈、点与点之间存在的数值关系,并使用ANSYS软件中的APDL语言编制相应的程序,建立起参数化的通用模型.在通用模型的基础上,只需简单修改若干控制参数,即可实现任意凯威特-联方型单层球面网壳的快速建模.文后给出了若干建模实例,表明了该建模方法的有效性与可行性.

摘要： 以一80m跨度,16m矢高的凯威特-联方混合型单层球面网壳结构为分析对象,研究了几何非线性、初始几何缺陷、材料非线性以及不同荷载形式对结构稳定性的影响.结果表明:结构特征值屈曲分析和几何非线性分析结果与双重非线性屈曲分析结果相差较大,建议网壳的稳定性分析应考虑双重非线性的的影响;规程中关于初始缺陷的引入采用最低阶屈曲模态及缺陷最大值的选取的相关规定有待进一步考究:单层网壳结构对缺陷较为敏感,活载半跨分布对球面网壳的稳定性有可能更为不利.

摘要： 为了研究网壳结构的抗连续性倒塌性能,基于改变荷载路径法,使用ANSYS分析软件,在竖向均布荷载下,以拆除杆件方式、数量为参数,敏感度为指标,探讨与分析单层球面网壳的抗连续性倒塌性能.研究结果表明,凯威特型球面网壳冗余度低,构件容易发生连续性倒塌;在内侧第1-3圈内拆除杆件极限承载力下降较多,在最外层第6圈拆除杆件极限承载力基本上不变.

摘要： 目前在空间结构的地震作用全过程分析中,主要着眼于对节点位移、杆件进入塑性过程及截面进入塑性比例进行数量统计,以此来判断结构的动力失效机理,对于杆件本身的应力发展变化,以及杆件失效对结构塑性发展影响未作深入探讨.本文利用OpenSEES数值计算软件,建立凯威特型单层球面网壳的非线性纤维模型,通过对杆件纤维应力应变状态的分析,揭示单层球面网壳在强震下的失效机理.

摘要： 为了研究网壳结构的抗连续倒塌性能,本文采用改变荷载路径法,运用有限元分析软件Ansys,在竖向均布荷载下,以矢跨比为参数,分析了K8型单层球面网壳结构的敏感度.研宄表明,凯威特型球面网壳敏感杆件及节点出现在1-3圈环杆位置.

摘要： 讲述了罗旺达国家会议中心单层球面网壳的钢结构加工及安装工艺,对节点形式、测量技术以及焊接工艺等加以分析描述,并根据施工现场具体条件采用不同的施工方法,因地制宜的施工措施提高了施工效率,为类似工程提供借鉴.

摘要： 本文以有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA为分析平台,分别采用Conwep算法、流固耦合算法、Conwep与流固耦合相结合的方法,针对一60米跨度的K8型单层球面网壳,数值模拟了结构在外部爆炸荷载作用下的动力响应,并对不同方法下的响应结果、计算效率进行了对比分析,研究结果可为爆炸作用下大跨度复杂结构的有限元计算方法提供依据.

摘要： 爆炸荷载作用下结构的动力响应会不同于常规荷载的作用.因此,研究大跨空间结构在爆炸荷载作用下的动力响应就显得格外重要.本文通过显示动力学软件LS-DYNA建立了40m单层K8型网壳的有限元模型.通过多次重启动分析合理地实现了能够考虑结构中活荷载造成的初始应力变化对于单层球面网壳在爆炸作用下最终变形的影响.并通过充足的算例,利用全过程分析的方法明确了初始应力存在时内爆荷载作用下典型的40m单层K8型网壳最终的四种不同的失效模式.即结构的局部变形,少数杆件断裂,结构的反直观倒塌以及综合破坏模式.

摘要： 本文研究了灾害雪荷载作用下单层球面网壳的选型及改进.通过引入灾害雪荷载系数,考虑了不同等级的灾害雪荷载.对不同等级灾害雪荷载、不同型式网壳性能及用钢量对比得到结构较优型式.最后,以肋环形网壳为例进行改进,在网壳结构下部布置撑杆和环索组成弦支网壳,与原网壳性能进行对比,得出弦支体系能提高结构稳定性能的结论.

摘要： 强震会对网壳结构安全性造成严重威胁,极有可能引起结构局部或整体倒塌.采用振动台试验研究该类结构的倒塌破坏过程成本较高,而传统有限元法在解决强非线性、不连续问题时较为困难.国内外学者就此提出了若干计算方法,其中,显式有限元法处理几何非线性时,需特殊处理以分离刚体位移和纯变形,且在固体中可能产生虚假应变;向量式有限元法解决了虚假应变问题,但仍需利用逆向运动将刚体位移和纯变形进行剥离,且不同情况下逆向运动需不同假定,影响计算精度;传统颗粒DEM法避免了上述问题,但其不适用于连续体结构如空间网壳结构.杆系DEM法在传统颗粒DEM法基础上提出了新的接触本构模型,使其能够适用于连续体结构.该法还具有无需组集整体刚度矩阵、迭代求解运动方程以及对几何大变形问题无需特殊处理等优势.目前已应用于结构的几何非线性分析、网壳倒塌破坏模拟,但是这些工作都是针对一致激励下小模型结构.然而,网壳结构通常空间尺度大,杆件数量众多,为了有效地获得结构真实响应,地震动空间相干性和杆系颗粒DEM法的适用性成为必须解决的问题.本文以课题组现有研究成果为基础，进一步发展了适用于多点激励下大模型结构的杆系DEM法计算理论。首先，推导了多点激励下杆系DEM法的运动方程和内力求解公式；然后，以其为基本分析手段，给出了结构几何非线性、材料非线性问题的处理方法，构建了基于OpenMP的多核并行计算策略。最后以一单层网壳地震模拟振动台试验模型（缩尺比为1/3.5）为计算对象，对结构的倒塌破坏全过程进行数值仿真，验证本文方法的正确性。

摘要： 本发明公开了一种单层球面网壳结构动力稳定性能优化方法，该方法包括：确定单层球面网壳结构的初始用钢量及初始稳定承载力；计算各节点的刚度，并对其依次从小到大进行排序，得到刚度序列；依次检查刚度序列中各节点的刚度值是否满足设定的刚度条件，并在不满足时进行杆件截面调整，直至当前所检查的节点的刚度值满足设定的刚度条件；如果重新计算的网壳用钢量及稳定承载力满足优化条件，则记录本次调整后的设计参数，在针对所述刚度序列中的所有节点的刚度值进行杆件截面调整完成后，根据记录的各次调整后的设计参数，确定网壳稳定优化结果。利用本发明，可以在满足结构非线性稳定性能要求的前提下，使网壳结构用钢量最小。

摘要： 本发明公开了一种单层球面网壳结构动力稳定分析方法，所述方法包括：计算量化单层球面网壳结构下部支承柱水平刚度系数；如果所述下部支承柱水平刚度系数小于或等于设定阈值，则考虑下部支承对单层球面网壳结构进行整体动力稳定分析；否则，单独对单层球面网壳结构进行增量动力时程分析。利用本发明，可以提高对单层球面网壳结构的动力稳定性评估的准确性，并提升网壳结构抗震设计的效率。

摘要： 本发明公开了一种基于Grasshopper的混合型单层球面网壳通用参数化建模方法，包括以下步骤：（1）确定所要建立网壳类型；（2）建立网壳所在的球体模型；（3）重新确定球体模型的球心位置；（4）获取网壳在坐标系XOY平面的投影圆环；（5）对投影圆环分段分点得到网壳节点模型；（6）分别建立肋环型杆件生成运算器、肋环斜杆型杆件生成运算器和联方型杆件生成运算器；（7）利用杆件生成运算器生成上顶部网壳；（8）利用杆件生成运算器生成下底部网壳。本发明利用此种建模方法，使用者可根据自身的需要，可修改多种参数自由控制上顶部和下底部网壳的类型，大大提高了单层球面网壳的设计速度和建模效率。

摘要： 本发明公开了整体提升的异形单层球面网壳预应力钢绞线拉索加固方法，在异形单层球面网壳结构中心圆环处下方设置中撑杆，中撑杆的下端环向设置若干加固钢绞线连接件；网壳结构外环梁上环向设置若干个受拉连接件，在加固钢绞线连接件和受拉连接件之间拉设预应力钢绞线拉索并进行张拉，对提升部分网壳进行加固，使之形成弦支自平衡网壳加固结构。该方案的方法解决了整体提升的异型单层球面网壳刚性差、提升过程中容易造成结构破坏的困难。通过预应力钢绞线拉索加固方法，使刚性较差的单层球面网壳结构转换为刚性较好的弦支自平衡网壳结构，确保网壳结构整体提升的结构安全。

摘要： 本发明公开了一种单层球面网壳穹顶的整体提升方法，包括设置提升单元支撑胎架、地面散片拼装、安装上下提升吊点和预应力张拉索、分批次张拉预应力、试提升和连续提升、对接补档合拢、分级缓慢卸载、拆除辅助装置等步骤。本发明的上、下吊点位置设计合理，并利用下吊点进行预应力张拉索设置，在网壳提升前预应力张拉，有效地调节各杆件及节点内应力，减小提升过程中结构变形，同时可以平衡网壳在支座处产生的水平推力；不仅施工难度低、效率高，而且能很好地保证施工质量；减少高空作业，实现多专业协同施工，多工序穿插工作，降低了措施费的投入，合理优化工期；预应力分批次张拉和卸载以及提升过程的精密控制使得整体提升过程中稳定性更高。

摘要： 本发明公开了异形单层球面网壳整体提升下吊点设置和安装方法，异形单层球面网壳结构组装焊接完成后，在网壳结构的外环梁位置环向设置若干提升下吊点；在所有提升下吊点位置的网壳结构上表面安装提升下吊点三角提升架，所述三角提升架的竖向杆件作为主受力杆件，其上端作为下提升点通过下提升连接件与提升钢绞线的下端连接，下端与网壳结构外环梁连接；两根斜向杆件作为三角提升架的次受力杆件，与竖向杆件组成三角支撑结构。解决了提升点处网壳焊接节点不利于设置下提升点的实际困难；通过三角支撑件结构方便安装提升下吊点。增加了提升点结构受力面积，能有效解决因提升点受力集中而可能造成单层球面网壳局部变形的影响，确保结构提升安全。

摘要： 本发明公开了一种大跨度单层球面网壳高空安装及整体提升组合安装方法，将球面网壳结构分为提升部分和非提升部分，将提升部分和非提升部分的所有网壳结构均划分为若干小拼单元，并进行地面拼装；依次将非提升部分小拼单元吊装至安装位置并借助高空安装胎架进行高空安装，将提升部分小拼单元吊装至组装位置并借助预先安装好的组装胎架进行提升部分网壳的组装；利用提升系统液压提升器将提升部分网壳整体提升至安装位置，并与非提升部分网壳合拢连接，形成球面网壳整体；对安装完毕的网壳进行卸载。该方案所采用的大跨度单层球面网壳高空拼装和整体提升组合安装方法，大大减少搭设满堂脚手架或钢结构支撑平台的施工措施费用，有效降低了成本。

摘要： 本发明公开了一种单层球面网壳结构动力稳定分析方法，所述方法包括：计算量化单层球面网壳结构下部支承柱水平刚度系数；如果所述下部支承柱水平刚度系数小于或等于设定阈值，则考虑下部支承对单层球面网壳结构进行整体动力稳定分析；否则，单独对单层球面网壳结构进行增量动力时程分析。利用本发明，可以提高对单层球面网壳结构的动力稳定性评估的准确性，并提升网壳结构抗震设计的效率。

摘要： 本发明公开了一种单层球面网壳结构动力稳定性能优化方法，该方法包括：确定单层球面网壳结构的初始用钢量及初始稳定承载力；计算各节点的刚度，并对其依次从小到大进行排序，得到刚度序列；依次检查刚度序列中各节点的刚度值是否满足设定的刚度条件，并在不满足时进行杆件截面调整，直至当前所检查的节点的刚度值满足设定的刚度条件；如果重新计算的网壳用钢量及稳定承载力满足优化条件，则记录本次调整后的设计参数，在针对所述刚度序列中的所有节点的刚度值进行杆件截面调整完成后，根据记录的各次调整后的设计参数，确定网壳稳定优化结果。利用本发明，可以在满足结构非线性稳定性能要求的前提下，使网壳结构用钢量最小。

摘要： 本实用新型公开了一种在球面子区域内拱形布置构件的单层球面网壳，本实用新型提供的在球面子区域内拱形布置构件的单层球面网壳是在壳体的曲面上对称等分成数个子区域，相邻的子区域之间形成受力主肋，子区域的曲面内设有弧形拱，弧形拱与弧形拱之间以及弧形拱与受力主肋之间呈三角形或四边形用杆件连接，将壳体的曲面底部周边节点设为支座。本实用新型的有益效果：这种曲面网壳网格形式不仅可用于单层曲面网壳结构，也可以用于弦支穹顶结构的上部刚性结构部分，还可用于双层网壳结构的网格形式构建以及在自由曲面中具有正高斯曲率的曲面部分，可预期在大跨度空间结构中具有良好的应用前景。