风雪荷载作用下柱面网壳结构的动力倒塌分析

动力倒塌分析是空间结构研究的重要课题之一。动力失效破坏临界风速是网壳结构抗风雪设计的重要依据。本研究基于非线性有限元理论和弹塑性动力响应时程分析理论,模拟了具有时空相关性的随机风速时程曲线,考虑了均布雪荷载在网壳表面的不同分布,建立了三向网格单层柱面网壳结构有限元模型。对比分析了在不同均布风雪荷载组合作用下网壳结构整体稳定性的影响,结果显示,单层柱面网壳在迎风面有雪荷载作用时的失效破坏临界风速最小,而在背风面有雪荷载作用时的失效破坏临界风速最大。     

不同积雪模式下球面网壳风致动力稳定分析

大跨度空间结构对风雪荷载十分敏感,风雪荷载作用下动力失稳临界风速的确定是网壳结构抗风雪设计的关键。为了研究风雪荷载共同作用下球面网壳的动力响应特性,通过建立K8-8型单层球面网壳有限元模型,利用MATLAB程序获取随机风速时程曲线,分析了不同支座形式和雪荷载不同分布情况对球面网壳整体稳定性的影响。结果表明:加强支座约束有利于提高球面网壳整体抗风性能,迎风面最外两环布置均布雪荷载较全跨均布雪荷载和半跨均布雪荷载所确定的动力失稳的临界风速更低,为最不利雪荷载布置。     

储罐罐顶的失稳分析

针对油罐罐顶的失稳问题，从影响罐顶稳定性的原因和校核两个方面，对光球壳和加筋球壳两种罐顶结构进行了分析，列举了罐顶外荷载和罐顶稳定性校核公式，总结了罐顶失稳分析的步骤和方法，对几起典型的罐顶失稳实例进行了研究，指出罐顶外载荷超载、罐顶板腐蚀减薄、安装制造质量的缺陷是导致罐顶失稳的重要原因。     

考虑杆件屈曲的单层球面网壳结构矢跨比优化

矢跨比对单层球面网壳结构的刚度、整体稳定性及失稳区域有很大影响。本研究利用非线性有限单元法,对4种不同矢跨比的单层球面网壳结构进行非线性稳定全过程分析。通过对考虑不同位置处的杆件屈曲与无杆件屈曲情况下的极限荷载、失稳区域的对比,研究了矢跨比对考虑杆件屈曲的单层球面网壳结构整体稳定性的影响,可为单层球面网壳结构合理选择矢跨比提供理论依据。     

大直径拱顶储罐网壳强度计算与结构改进

目前国内大型拱顶储罐的最大直径已达60m,其罐顶网壳强度校核多采用有限元计算软件。为计算简便,通常将网壳边界条件进行简化处理,忽略罐壁顶部变形对网壳结构的影响。对比介绍了各类单层球面网壳,总结了单层球面网壳基本设计原理,并以某设计院设计的拱顶罐为工程背景,采用有限元软件ANSYS建立拱顶网壳和罐壁一体的储罐模型。分别对拱顶储罐在静载、静载＋风载、静载＋均匀动载、静载＋均匀动载＋风载共4种载荷工况下罐顶网壳结构强度进行计算分析,并依据计算结果,提出将环板和肋板建于罐壁顶部的改进方案。对改进后的设计模型进行静载＋均匀动载和静载＋均匀动载＋风载这两种工况下的仿真计算,结果表明：改进后的拱顶储罐结构受力更合理,承载能力更强。（图17,表4,参]6）     

刚度对单层叉筒网壳结构的几何非线性稳定的影响

本研究利用非线性有限元方法,对4点支承的单层柱面叉筒网壳进行几何非线性稳定全过程分析。通过配置不同截面杆件以改变结构的刚度,对比分析了结构刚度不同时的静力稳定临界荷载和失稳区域。分析得出结构的主肋刚度越大静力稳定性不一定越好,单层叉筒网壳结构的主肋杆件与其它杆件应合理匹配。     

波流作用下平面网衣水动力特性数值模拟

针对固定在钢框架上的平面网衣水动力特性进行研究,基于SACS,采用有限元Member单元建立网衣水动力荷载计算模型,利用参考文献中分别使用有限元Truss单元和Beam单元所建立模型的计算结果对该模型进行了验证。通过对比得出,在SACS中所建立的平面网衣数值模型可以较为准确地计算网衣在波流下的水动力,初步证明了在SACS中建立大型钢结构养殖网箱+固定式海上风力机融合结构模型的可行性。进一步,采用该数值计算模型对不同波流工况下网衣结构的水动力荷载进行了计算,分析了不同流速、波高和波周期下网衣受力的分布规律。由计算结果可知,随着海流流速、波高的减小和波周期的增大,网衣受到的水动力荷载呈现出逐渐减小的变化趋势,其中波周期的影响尤为显著,比如由于该参数影响使得指定位置节点水动力荷载差距可达80%;另外,波流作用下网衣结构受到的水动力荷载,最大受力位于网衣顶端两侧位置,波高对网衣上部受力影响更大。这些结果可为融合结构中网箱部分的设计提供参考。     

撞击荷载下支承结构与上部网壳整体动力响应

研究撞击荷载作用下部支承结构对上部网壳结构工作性能的影响是网壳结构抗撞防灾分析的重要问题。利用非线性有限单元法和动力时程分析理论,建立重型车辆侧向撞击作用下钢柱支承结构与单层球面网壳整体动力响应分析数值模型。考察了下部支承钢柱和上部网壳结构在撞击荷载作用下的整体动力响应过程及特点,分析了支承钢柱抗侧刚度、撞击荷载峰值和撞击点数等因素对整体结构在撞击荷载作用下的协同受力和空间工作性能的影响。研究结果表明:除与被撞击钢柱及其相临网壳杆件发生塑性变形外,结构整体基本处于弹性状态,未发生动力失稳现象,其强度和稳定性要求在整体上仍均能满足要求,说明在重型车辆撞击作用下支承结构与上部网壳结构具有良好的抗撞击性能和整体工作性能。     

LNG储罐罐体结构与载荷的关联性

随着LNG产业的发展,LNG储罐日趋大型化,储罐的拱顶稳定性问题备受重视。为了研究罐体和罐体载荷对拱顶稳定性的影响,以容积为10 000 m3的LNG单容罐为例,采用有限元法对储罐拱顶稳定性进行罐体结构及载荷关联性分析。在进行结构关联性分析时,比较了不同约束下单独拱顶模型与含罐体的完整结构有限元模型的拱顶临界载荷,发现约束形式对拱顶刚度的影响较大,含罐体完整结构有限元模型能够给出对拱顶的实际位移约束,计算结果更为合理。在进行载荷关联性分析时,提出了一种分析计算方法,分析了罐体各种载荷工况对拱顶稳定性的影响,结果表明:罐体载荷降低了拱顶的稳定性,校核拱顶稳定性时应予以充分考虑。研究成果可为LNG储罐罐体稳定性研究提供理论基础。     

K8型单层球面网壳非线性动力稳定分析

以K8型单层球面网壳为研究对象,依据非线性有限元理论,分析了K8型单层球面网壳的几何非线性动力稳定性。在数值分析过程中,利用比例法调整地震作用的峰值加速度,采用B-R准则判定结构的动力稳定临界荷载。通过分析,对K8型单层球面网壳在竖向地震荷载作用下的动力稳定性能有了较全面的了解。     

考虑下部支承结构的单层球面网壳的动力稳定分析

在对大跨度单层球面网壳进行设计和分析时,动力稳定性是主要的控制因素。本研究将上部的单层球面网壳与下部支承结构作为整体,研究结构在地震荷载作用下的动力稳定性。在分析计算时,考虑了网壳的初始几何缺陷以及几何非线性和材料非线性;研究了下部支承结构的刚度对网壳动力稳定性的影响以及杆件的塑性发展过程。计算结果表明:下部支承结构的刚度对网壳动力稳定性的影响起着非常重要的作用,在对网壳进行地震分析或动力稳定分析时,应将上部的网壳与下部支承结构作为整体进行分析。     

单层叉筒网壳结构的几何非线性稳定矢跨比优化

本研究利用非线性有限元方法,对4点支承的柱面单层叉筒网壳的几何非线性稳定全过程进行分析。通过对不同矢跨比网壳的失稳前后全过程曲线的对比分析,研究了矢跨比对该种网壳结构稳定性的影响,并得出了较优矢跨比。     

强震作用下双层球面网壳结构非线性动力响应分析

针对大跨网壳结构的动力特性,提出了在强烈地震作用下双层球面网壳结构的非线性分析和结构动力稳定性判别方法.单元模型中考虑几何非线性和材料非线性的双重影响.分析时,以静力荷载作用下的受力状态作为时程分析的初始状态,采用B-R判断准则确定其临界荷载,通过加速度峰值-结构最大位移曲线来判别结构的动力稳定性,据此找出其动力失稳临界点及破坏规律.通过算例验证了本文方法的有效性.分析结果表明,双层球面网壳结构考虑双重非线性是必要的;一致缺陷模态对结构承载力的影响比振型模态缺陷的影响大.     

20×10^4m^3超大型储罐双盘式浮顶性能与设计

针对某20×10^4 m^3超大型储罐用双盘式浮顶提出整体建模的数值计算方案,建立整体ANSYS有限元模型.按照相关标准规定对浮顶正常漂浮工况、两个相邻浮舱泄漏工况、一个边缘浮舱与相邻环向浮舱整体泄漏工况、上顶板250 mm积水工况4种情况下的应力分布和下沉位移进行分析计算.结果表明：上顶板250 mm积水工况为最危险工况,此时浮顶最大应力为123.9 MPa,最大下沉位移422.4 mm.利用有限元计算模型开展以减轻浮顶总体质量为目的的结构优化计算,结果表明：桁架的数量对于浮顶整体质量影响较小,但对于增加浮顶支撑、减小应力水平的影响较大,结构优化应从减小板材厚度方面考虑.（表1,图4,参6）     

单层柱面正交异型网壳的非线性动力稳定全过程分析

单层网壳的稳定性能是该种结构设计的主要控制因素,动力稳定是单层网壳稳定性能的主要组成部分。该文利用非线性有限元理论,对单层柱面正交网壳在地震荷载作用下的动力稳定全过程进行了分析。在数值分析过程中,利用比例法调整地震作用的峰值加速度,采用B-R准则判定结构的动力稳定临界荷载。通过分析对单层柱面正交网壳的动力屈曲前后过程有了一个较为全面的了解。     

爆炸荷载作用下单层球面网壳的动力响应分析

爆炸荷载是建筑遭受恐怖袭击时常见的冲击荷载,本研究主要研究爆炸荷载作用下带下部支承结构的单层球面网壳的动力响应。用ANSYS/LS-DYNA建立1个40 m跨度的K8型单层球面网壳,对节点的位移、杆件的应力、网壳的塑性发展以及爆炸冲击波的传播规律进行了分析研究。研究结果表明:最大位移发生在主肋节点上,节点的竖向位移均是在很短的时间内上升到峰值后又回落到新的平衡位置上下小幅振动,网壳的塑性区范围以壳顶为中心开始向外扩散。在爆炸发生后期檩托和屋面板全部断裂,檩托及屋面板的断裂可以起到较好的泄爆作用,减轻网壳结构损伤。     

大型球罐支柱与球壳连接的新型结构

提出了一种新型的球罐支柱与球壳的连接结构——径向托板连接结构,并利用ANSYS有限元分析软件,采用JB4732-1995《钢制压力容器分析设计标准》中的分析方法,将其与支柱水平托板连接结构进行应力分析对比.结果表明:在自重+计算压力+风压力载荷组合工况下,球壳与托板连接处局部应力减少约9％；在自重+计算压力+25％风压力+地震载荷组合工况下,球壳与托板连接处局部应力减少约9％；在自重+试验压力载荷工况下,球壳与托板连接处局部应力减少约10％.(表3,图6,参4)     

50000m3浮顶油罐举升方案的可行性研究

借鉴不同容积油罐整体举升的成功经验,设计了50000 m3浮顶油罐的举升方案,针对不同工况的方案组合进行了稳定性和局部强度的校核计算,在方案的可行性研究方面提出了需要考虑的问题。     

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。     

大跨径混凝土自锚式悬索桥非线性静力分析

介绍了自锚式悬索桥受力特点及其非线性分析理论,并以某一混凝土自锚式悬索桥为例,考虑主缆大位移、主梁和主塔的P-Δ效应、主缆吊索的初应力以及混凝土的收缩徐变等非线性因素的影响,对以下5种荷载组合:组合I(恒载+公路-I级+人群荷载)、组合II(恒载+公路-I级+人群荷载+收缩徐变)、组合III(恒载+公路-I级+索降温)、组合IV(恒载+公路-I级+整体升温)、组合V(恒载+公路-I级+主梁温差)进行了非线性力学性能分析.计算结果表明该桥力学性能满足设计规范要求.分析比较了结构参数及形式的变化对桥梁受力性能的影响,所得结论对同类桥梁的研究有一定的参考性.