【摘要】：單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)是一種由桿件構(gòu)成的曲面網(wǎng)格結(jié)構(gòu),其實質(zhì)是將薄殼結(jié)構(gòu)進行格構(gòu)化,不但擁有薄殼結(jié)構(gòu)受力合理和輕盈美觀的優(yōu)點,而且實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)和裝配化施工的目標。單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)是廣泛應(yīng)用到大跨度建筑的空間結(jié)構(gòu)形式,在建筑外形、結(jié)構(gòu)受力性能和生產(chǎn)施工等方面具有突出的優(yōu)越性。目前,學(xué)者們提出和設(shè)計單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的幾何形態(tài)是在人為設(shè)定的數(shù)學(xué)曲線基礎(chǔ)上構(gòu)建而成,而不是基于最優(yōu)的受力性能形成其幾何形態(tài)。拓撲優(yōu)化理論以最優(yōu)的力學(xué)性能作為優(yōu)化目標,并根據(jù)約束條件和優(yōu)化目標自動的形成受力合理的幾何形態(tài),突破傳統(tǒng)設(shè)計必須先提出結(jié)構(gòu)選型再進行受力分析和改進的過程。通過對殼體結(jié)構(gòu)進行拓撲優(yōu)化來尋求最佳的傳力路徑,從而顯著降低體系的自重,構(gòu)建受力更加合理的結(jié)構(gòu)體系。由于單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)厚度很薄,普遍具有豎向剛度和穩(wěn)定性相對較差的受力特征。針對單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)豎向剛度和穩(wěn)定性較差的問題,采用拓撲優(yōu)化的方法對其最優(yōu)形態(tài)進行了研究。首先,應(yīng)用OptStruct對球面薄殼結(jié)構(gòu)進行了拓撲優(yōu)化,得到了一種新型的折殼結(jié)構(gòu)形態(tài);然后,基于球面薄殼結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化的結(jié)果構(gòu)建了一種單層球面折網(wǎng)殼結(jié)構(gòu);進而,利用ANSYS的參數(shù)化語言對單層球面折網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進行了參數(shù)化建模。本文從三個方面對新型的單層球面折網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能和傳統(tǒng)的單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能進行了對比分析。(1)對比了四種單層球面折網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在三種荷載單獨作用下和三種荷載共同作用下的柔度差異,并選取3種荷載共同作用下柔度較小的兩種結(jié)構(gòu)形式作為結(jié)構(gòu)的分析模型,進而對比分析了單層球面折網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)和單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的剛度差異,并對新型的單層球面折網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進行了兩個主要幾何參數(shù)的優(yōu)化分析。(2)對比分析了單層球面折網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)和單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)兩種荷載條件下穩(wěn)定性能的差異,詳細考慮了單桿失穩(wěn)和初始缺陷對單層球面折網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)和單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響。(3)對比分析了單層球面折網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)和單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)前五十階自振頻率和前八階振型的差異,以及在考慮重力影響的單維地震作用下和多維地震作用下彈塑性時程動力響應(yīng)的差異。研究結(jié)果表明,本文基于薄殼結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化結(jié)果構(gòu)建的新型單層球面折網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)的單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)相比,不僅豎向剛度明顯提高,而且對幾何初始缺陷及不對稱荷載的敏感性也顯著降低。新型單層球面折網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)是一種性能優(yōu)良的新型大跨空間結(jié)構(gòu)形式。
【學(xué)位授予單位】：河南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU399
【圖文】：

羅馬萬神殿

悉尼歌劇院

名古屋體育館早期的單層網(wǎng)殼外形均為球面網(wǎng)殼，后來學(xué)者和設(shè)計人員又逐漸提出和設(shè)計了單層

【參考文獻】

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本文編號：2774407