【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(shí)質(zhì)是將薄殼結(jié)構(gòu)進(jìn)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(diǎn),而且實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)和裝配化施工的目標(biāo)。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(jì)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?fù)鋬?yōu)化理論以最優(yōu)的力學(xué)性能作為優(yōu)化目標(biāo),并根據(jù)約束條件和優(yōu)化目標(biāo)自動(dòng)的形成受力合理的幾何形態(tài),突破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)必須先提出結(jié)構(gòu)選型再進(jìn)行受力分析和改進(jìn)的過(guò)程。通過(guò)對(duì)殼體結(jié)構(gòu)進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化來(lái)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(duì)較差的受力特征。針對(duì)單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)豎向剛度和穩(wěn)定性較差的問(wèn)題,采用拓?fù)鋬?yōu)化的方法對(duì)其最優(yōu)形態(tài)進(jìn)行了研究。首先,應(yīng)用OptStruct對(duì)球面薄殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了拓?fù)鋬?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?fù)鋬?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(jìn)而,利用ANSYS的參數(shù)化語(yǔ)言對(duì)單層球面折網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了參數(shù)化建模。本文從三個(gè)方面對(duì)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(jìn)行了對(duì)比分析。(1)對(duì)比了四種單層球面折網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在三種荷載單獨(dú)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(jìn)而對(duì)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(duì)新型的單層球面折網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了兩個(gè)主要幾何參數(shù)的優(yōu)化分析。(2)對(duì)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(xì)考慮了單桿失穩(wěn)和初始缺陷對(duì)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(duì)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(shí)程動(dòng)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?fù)鋬?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(duì)幾何初始缺陷及不對(duì)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TU399
【圖文】：

羅馬萬(wàn)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(lái)學(xué)者和設(shè)計(jì)人員又逐漸提出和設(shè)計(jì)了單層

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2774407