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X型节点单层柱面胶合木网壳结构稳定性研究
徐铭溪;张俊苹;钟杰
【期刊名称】《施工技术（中英文）》
【年(卷),期】2024(53)3
【摘要】对使用X型节点的单层柱面胶合木网壳结构静力稳定性进行研究,通过有限元模拟研究节点内部接触面摩擦系数、螺栓预紧力和节点轴力对节点初始抗弯刚度的影响,并分析节点初始抗弯刚度、节点刚度比、初始几何缺陷系数、荷载布置
方式和支座形式对单层柱面胶合木网壳稳定性的影响。
研究结果表明,节点轴力对
节点初始抗弯刚度和极限弯矩的影响较明显,节点初始抗弯刚度和节点刚度比对网
壳极限承载力和失稳模态均有较大影响,节点初始抗弯刚度和荷载分布形式对无檩
条和有檩条网壳极限承载力的影响较大,有檩式网壳稳定性对初始几何缺陷更敏感。
【总页数】12页(P83-93)
【作者】徐铭溪;张俊苹;钟杰
【作者单位】四川大学建筑与环境学院;中国建筑第八工程局有限公司西南分公司【正文语种】中文
【中图分类】TU366
【相关文献】
1.考虑节点域轴向滑移刚度的K6型单层球面木网壳稳定性分析
2.节点刚度对单层柱面网壳动力稳定性的影响
3.节点刚性对带拱肋单层柱面网壳的稳定性影响研究
4.
考虑节点偏差、杆件缺陷与偏心的单层三向柱面网壳稳定性研究5.单层K6型球面胶合木网壳结构受力性能试验研究
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单层柱面网壳相贯节点刚度影响分析一、引言单层柱面网壳是一种常用的结构形式，广泛应用于建筑、桥梁等领域。
在实际运用中，网壳的节点往往是容易发生破坏或变形的位置。
因此，对于网壳节点的刚度分析具有重要意义。
本文旨在探讨单层柱面网壳相贯节点的刚度影响因素，并给出相应的研究结果和分析。
二、单层柱面网壳结构概述单层柱面网壳属于薄壳结构，由一系列连续的曲面构成，其自重对于整个结构的稳定至关重要。
在单层柱面网壳中，节点是构成整个结构的交接处，其刚度影响着整个结构的受载性能和承载能力。
因此，节点的刚度分析是一项必不可少的工作。
三、相贯节点刚度影响因素分析相贯节点刚度受到多个因素的影响，本文将分别从节点长宽比、纵向剪切变形和节点连接方式三个方面进行分析。
1. 节点长宽比网壳节点的长宽比是指节点的长和宽之比。
较大的长宽比会导致节点的刚度相对较小，容易发生变形和破坏。
因此，在设计中需要控制节点的长宽比，并根据实际情况进行合理的调整。
2. 纵向剪切变形在网壳节点处，由于荷载的作用，会产生大量的剪切力。
这些剪切力会导致节点发生纵向变形，从而降低节点的刚度。
因此，需要针对节点的纵向剪切变形进行分析和控制，采取相应的加强措施，提高节点的刚度。
3. 节点连接方式节点的连接方式对节点的刚度有着直接的影响。
不同的连接方式会导致节点具有不同的刚度和受力性能。
在设计中需要根据实际情况选择合适的节点连接方式，并在连接方式的设计和施工中注重细节，以确保节点的刚度和受载性能。
四、节点刚度分析方法为了对节点的刚度进行准确的分析，本文采用有限元方法进行建模和分析。
具体步骤包括：确定节点的几何参数、节点材料力学性能的获取、建立数学模型，进行数值求解，得出节点的刚度和受载性能指标等。
这一过程需要结合实际情况和全面的数据分析，才能得出准确的分析结果。
五、结论通过本文的研究分析，可以得出以下结论：1. 单层柱面网壳相贯节点的刚度受到多个因素的影响，包括节点长宽比、纵向剪切变形和节点连接方式等。
考虑整体稳定的单层网壳截面优化设计
王法武;唐敢
【期刊名称】《空间结构》
【年(卷),期】2006(12)3
【摘要】整体稳定性是单层网壳结构设计中的一个关键问题.在进行此类结构的优化时,必须考虑整体稳定性的影响才能得到符合规程要求的设计.本文综合考虑了位移、应力和杆件稳定以及结构整体稳定性条件,提出了基于最优准则法的优化设计方法,可按照钢结构设计规范和网壳结构规程的要求,对单层网壳结构进行杆件截面设计.
【总页数】5页(P31-34)
【关键词】单层网壳;优化设计;结构稳定
【作者】王法武;唐敢
【作者单位】东南大学土木工程学院;南京航空航天大学土木系
【正文语种】中文
【中图分类】TU393.3
【相关文献】
1.地震荷载作用下考虑杆件屈曲的单层球面网壳结构整体稳定性研究 [J], 马腾飞;冯秀苓;周晖;王江;魏昕
2.矢跨比对考虑杆件屈曲的单层球面网壳结构整体稳定性能的敏感性分析 [J], 马腾飞;周晖;曲淑萍
3.钢结构单层网壳整体稳定性分析设计 [J], 史纲;刘辉;庄晓玲
4.考虑结构整体稳定性的单层网壳优化设计 [J], 李永梅;张毅刚
5.考虑几何非线性影响的单层网壳优化设计 [J], 张年文;董石麟;黄业飞;赵阳因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
单层网壳结构整体稳定性分析摘要：作为常用的大跨度空间结构形式之一，单层网壳结构不仅结构形式美观，而且较少的节点和杆件也体现出该结构形式良好的经济性，但现实中单层网壳的整体失稳破坏现象在国内外均有发生，并得到设计师关注。
本文以结构稳定性分析理论为基础，对单层网壳整体结构线性稳定和考虑初始缺陷的非线性稳定问题的分析方法进行了系统的研究，并将研究成果直接应用于某站房屋盖的整体稳定性设计中，取得了良好的效果。
关键词：单层网壳结构；整体稳定性；分析1、前言单层网壳面外刚度弱，随着跨度的增大，结构的承载力主要由稳定控制，稳定验算成为结构设计的关键。
此外，单层网壳对缺陷敏感，其初始缺陷的分布与取值是该领域研究的主要课题之一。
网壳整体稳定性能的影响因素有很多种，而且都具有随机性。
而这些因素之间的相互影响使得网壳结构的稳定性问题变得更为复杂。
因此，对网壳结构进行整体稳定性分析是非常有必要的。
2、结构稳定分析基本问题在荷载作用下结构处于稳定平衡状态，荷载逐渐增加到某一值时，若继续施加某一微小增量，结构的平衡状态即发生明显的变化，结构体系由开始的衡状态变为不稳定平衡状态，最后达到一个新的稳定状态，这就是结构失稳或屈曲过程，对应的荷载即为屈曲荷载或临界荷载。
结构失稳主要有三种类型：第一类失稳通常是指结构荷载增加至一定数值时，结构由原来平衡状态变为另外一个平衡状态，该类失稳又称为分支点失稳或平衡分岔失稳，基本平衡路径为外荷载与内力相等的平衡状态对应的平衡路径，当结构沿基本平衡路径加载达到屈曲临界荷载时，平衡路径发生变化，有可能会出现新的平衡状态，新的平衡路径称为分支平衡路径，分支平衡路径与基本平衡路径的交叉点称为分支点，线性屈曲失稳的临界荷载N即为分支点对应的外荷载。
第二类失稳是指结构在大变形和大位移的不稳定的发展过程中，没有新的变形形式出现，失稳时结构平衡形态本质没有发生改变，这类失稳也称极值点失稳。
当外荷载逐渐增加至极值荷载Nmax后，结构平衡状态由稳定变为不稳定，荷载增大或即使保持不变，结构也会产生很大的位移，若要维持结构内外力之间的平衡必须逐渐减小外荷载。
单层球面网壳的优化设计
徐菁;岳强民;赖敬延
【期刊名称】《青岛理工大学学报》
【年(卷),期】2003(024)001
【摘要】提出了单层球面网壳结构的一种优化设计方法,它是一种以网壳的总造价为目标函数,取网壳的网格数、矢高、杆件截面面积和节点体积作为优化设计变量,采取直接搜索法与准则法相结合的优化设计方法.基于用Fortran90软件编制的优化设计程序,对单层球面网壳结构进行了大量的计算,用回归分析得出网壳最优网格数、矢高、杆件截面面积和节点体积,同时使杆件面积规格化,以便直接用于实际工程.
【总页数】4页(P6-9)
【作者】徐菁;岳强民;赖敬延
【作者单位】青岛建筑工程学院土木工程系,青岛,266033;山东绮丽集团资产管理公司,青岛,266071;青岛建筑工程学院实验设备处,青岛,266033
【正文语种】中文
【中图分类】TU378.7
【相关文献】
1.单层球面网壳选型优化设计 [J], 刘宗发;晏致涛;王彦生;李作良
2.单层凯威特型单层球面网壳的优化设计 [J], 于永彪;支荣权;孔令彪
3.凯威特型单层球面网壳的优化设计 [J], 方有珍;王秀丽;朱彦鹏
4.基于粒子群算法的单层球面网壳结构优化设计 [J], 王云龙
5.基于ANSYS的单层球面网壳结构优化设计 [J], 陈霞辉
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张弦双向网格型单层柱面网壳稳定性及可靠度分析
张中昊;段皓鹏;于艳春;支旭东;范峰
【期刊名称】《工程力学》
【年(卷),期】2022(39)10
【摘要】在双向网格型单层柱面网壳面外布置弦杆和拉索形成张弦结构体系,有效地增强了结构的承载能力。
该文针对40m、50m、60m跨度网壳,分析了网壳随预应力、矢跨比、初始缺陷以及拉索强度等参数变化对结构静力稳定性能的影响,并结合100m和120m大跨度网壳算例,论证了该结构体系的实用性。
基于ANSYS和MATLAB响应面法,分析了网壳在承载力失效和变形失效两种失效形式下的的可靠度,获得了失效概率、可靠指标及其灵敏度和相关性。
结果表明,布置弦杆和拉索后结构稳定承载力最大可提高744%。
100m跨度网壳的稳定承载力的失效概率为1.026 54×10^(-1),其可靠度相对较低。
跨度小于60m网壳的稳定承载力和变形的失效概率极小。
网壳中拉索强度是影响结构稳定承载力的主要因素,大跨度网壳中拉索的影响相对减弱。
拉索强度及弦杆内、外径对结构变形均产生一定影响。
【总页数】12页(P161-172)
【作者】张中昊;段皓鹏;于艳春;支旭东;范峰
【作者单位】东北农业大学水利与土木工程学院;哈尔滨工业大学土木工程学院【正文语种】中文
【中图分类】TU393.3
【相关文献】
1.单层倒悬链型柱面网壳的非线性稳定性研究
2.斜拉杆增强温室双向网格型单层柱面网壳稳定性
3.单层柱面网壳动力稳定性评估的阶跃推覆分析方法
4.折线形单层柱面网壳的稳定性分析
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单层与双层柱面网壳基频实用设计图表
曹资;薛素铎;王珺;王雪生
【期刊名称】《建筑结构》
【年(卷),期】2002(32)7
【摘要】通过大量计算机分析 ,给出了在各种不同矢跨比、长跨比、厚跨比和波宽情况下 ,单层与双层柱面网壳基本频率数值表格与变化曲线图 ,由此得出网壳基频随各参数的变化规律。
设计人员可根据工程几何参数直接由曲线图表得到各网壳基频 ,使用简便、计算快速。
【总页数】3页(P42-44)
【关键词】单层;双层;桩面网壳;基频;设计图形
【作者】曹资;薛素铎;王珺;王雪生
【作者单位】北京工业大学建筑工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TU356
【相关文献】
1.斜拉双层柱面网壳与双层柱面网壳的对比分析 [J], 杨英;王质荣;杨晓明
2.基于节点构形度的单层柱面网壳稳定优化设计 [J], 陆明飞;叶继红
3.局部双层柱面网壳与单层网壳的对比分析 [J], 许善坤;杨晓明
4.双层圆柱面网壳的自振特性分析及实用公式 [J], 赵伯友;张毅刚;曹资
5.双层圆柱面和球面网壳的风振系数实用公式 [J], 罗尧治;王彬
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单层柱面网壳的稳定性(下)──六、拟合公式
沈世钊;陈昕;张峰;范卓
【期刊名称】《空间结构》
【年(卷),期】1998(4)3
【摘要】单层柱面网壳的稳定性（下）沈世钊陈昕张峰范卓（哈尔滨建筑大学哈尔滨１５０００１）六、拟合公式为便于实际设计应用，在针对实际尺寸网壳进行的大规模参数分析的基础上，本文最后试图为柱面网壳的稳定性验算提出一个适当的拟合公式。
与球面壳体不同，在关于柱面壳体的...
【总页数】3页(P53-55)
【关键词】单层柱面网壳;拟合公式;解析公式;设计应用;基础;稳定性;参数分析;壳体【作者】沈世钊;陈昕;张峰;范卓
【作者单位】哈尔滨建筑大学
【正文语种】中文
【中图分类】TU356;TU337
【相关文献】
1.抛物线型单层柱面网壳的非线性稳定性 [J], 贺拥军;周元亮
2.单层柱面网壳动力稳定性评估的阶跃推覆分析方法 [J], 曲扬;罗永峰;黄青隆
3.铝合金单层柱面网壳结构稳定性能研究 [J], 张凤起;齐麟
4.折线形单层柱面网壳的稳定性分析 [J], 张帅亮;高萌萌;杜文风
5.考虑节点偏差、杆件缺陷与偏心的单层三向柱面网壳稳定性研究 [J], 姜守芳;李会军;龙婷婷
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第37卷第9期振动与冲击JOURNAL OF VIBRATION AND SHOCK Vol.37 No.9 2018基于节点构形度的单层柱面网壳稳定优化设计陆明飞，叶继红(东南大学混凝土与预应力混凝土结构教育部重点实验室，南京210018)摘要：稳定是单层柱面网壳结构分析与设计中的关键因素。
从节点构形度的视角，考虑外在因素中与稳定问题 直接相关的核心部分，定义了能全面反映结构静力稳定特性的节点构形度相对变化梯度（0(_U，其最小值()与稳定承载力直接相关。
能定量地衡量结构丧失稳定的趋势，揭示网壳结构失稳机理。
在此基础上，进一步提出了单层柱面网壳稳定优化设计方法。
稳定优化模型以最大化为优化目标，离散的杆件截面为优化变量，考虑规范规定的各项设计约束条件，在给定用钢量的前提下，提高结构稳定承载力。
两个实际工程算例验证了单层柱面网壳稳定优化设计方法的有效性。
关键词：单层柱面网壳;节点构形度;稳定;稳定优化;优化设计中图分类号：TU393.3 文献标志码：A DOI ： 10. 13465/j. cnki. jvs. 2018.09.012Stability optim izationdesignfor single-layer cylindrical domesbased on joint well-formednessLU Mingfei, YE Jihong(Key Laboratory of Concrete and Prestressed Concrete Structures of China Ministry of ESoutheast University，Nanjing 210018，China)Abstract:St abi li ty i s a key factor in design and analysis of single-layer cylindrical domes. From the perspective of joint well-formedness，the relative gradient of joint well-formedness (g r a_r)was defined here t o f u l l y r e flect the s t a t i cs t a b i l i t y of structures a nd consider the core part directly related t o s t a b i l i t y of external factors，i t s minimum value (g r a_U b) was directly related t o s t a b i l i t y loads. I t was shown that g r a_r can quantitatively measure lose s t a b i l i t y and reveal domes ’unstable mechanism. On t h i s basis，the s t a b i l i t y optimization design metliod for singlelayer cylindrical domes was proposed. Using the st a b i l i t y optimization model，the maximization of g objective，and discrete rods’cross-sections as variables，various design constraint conditions specified in the code were considered，the force-bearing a b i l i t y for the structure s t a b i l i t y was improved under the premise of a given steel-consuming amount. Two practical engineering examples verified the effectiveness of the proposed s t a b i l i t y opti for single-layer cylindrical domes.Key words:single-layer cylindrical domes;joint well-formedness;stability;s t a b i l i t y optimization;optimal design整体失稳是壳体结构特有的一种失效模式，因此，稳定是网壳结构分析中的一个重要因素。
1979年，Riks[1]提出了弧长法，成功解决了在迭代过程中，因刚度矩阵奇异而导致的不收敛问题。
经弧长法非线性跟踪，可以准确求得代表网壳结构稳定的临界荷载J r。
30多年来，学者们对网壳结构稳定性问题做了深入研究，在计算方法、缺陷、后屈曲性能等方面取得了丰硕成果[2—7]。
曹正罡等[8]考虑弹塑性，研究了单层柱面网基金项目：国家杰出青年科学基金项目（51125031)收稿日期：2016 -12-09修改稿收到日期：2017 -02-15第一作者陆明飞男，博士生,1991年生通信作者叶继红女，博士，教授，博士生导师,1967年生壳弹塑性稳定性能。
M a等[9]研究了半刚性节点对单层柱面网壳稳定性的影响。
然而，对于网壳结构的静力失稳机理，系统性的研究尚未见报导。
不同于其它杆系结构，稳定性已经超越了强度、刚度问题，成为单层柱面网壳结构设计中的控制性因素。
也就是说，单层柱面网壳在经满应力优化设计后，一般难以满足稳定性要求。
沈世钊等在20世纪90年代末期，对许多大型复杂单层柱面网壳进行了大规模参数化分析，所得到的部分结论已编入相关设计规程。
K a o 等[10]利用线性特征值屈曲荷载，以广义长细比为基础，提出了杆件截面分配法的网壳结构稳定设计方法。
其不足在于，以放大系数及经验拟合公式考虑非线性。
第9期陆明飞等：基于节点构形度的单层柱面网壳稳定优化设计75单层柱面网壳非线性显著，该方法能否适用于单层柱面网壳的稳定设计有待商榷。
20世纪90年代，W u等[11—14]提出基于节点构形度的易损性理论。
该理论以节点构形度为基础，基于集簇过程建立结构拓扑层级模型，识别结构内部连接最薄弱的部分;通过解簇过程，识别结构具有易损性的各种破坏模式。
Y e等[15C8]将构形易损性理论拓展到空间网壳结构。
刘文政等[1920]结合构形易损性分析和振动台试验结果，揭示了构形度与动力倒塌模式的密切联系，并提出了基于构形度的动力失效模式优化方法。
刘文政等[21]基于节点构形度，提出了单层球面网壳刚度均勻性判定准则。
但经典的构形易损性理论只针对结构自身拓扑构形，无法考虑荷载、约束等外在因素。
而网壳结构的静力稳定性却与外在因素密切相关。
因此，陆明飞等[22]在经典的节点构形度中引入几何刚度矩阵，充分考虑外在因素，从构形度变化特性上，揭示单层球面网壳的静力失稳机理，明确了基于稳定角度的最不利荷载模式。
其不足在于:①通过引入几何刚度矩阵，笼统地考虑外在因素，对稳定问题的针对性有待进一步提高;②通过比较引入几何刚度矩阵前后节点构形度数值变化，仅仅衡量了外部因素对结构稳定的影响，而忽略了结构的内在因素。
因此，本文从节点构形度的角度，进一步考虑外在因素中与稳定问题直接相关的部分，从结构内部因素与外部因素，定义了能全面反映结构静力稳定特性的物理量，即节点构形度相对变化梯度gra_r，其最小值(0a_U n)能准确代表结构稳定承载力。
以简单标量的形式，从结构稳定的相反面，即失稳的角度，定量衡量结构丧失稳定的趋势，揭示单层柱面网壳结构失稳机理。
在此基础上，继而提出了单层柱面网壳结构稳定优化设计方法。
在给定用钢量的前提下，稳定优化模型以g u_u m最大化为优化目标，离散的杆件截面为优化变量，考虑规范规定的各项设计约束条件，并发展了相应的优化算法。
两个工程算例表明，在给定用钢量的前提下，经稳定优化设计后的单层柱面网壳，能最大程度地挖掘结构抗荷潜力，具有足够的稳定承载力，同时满足各项设计规范，其截面规格满足国家制造标准，具有实际工程运用价值。
1柱面网壳失稳机理本文以节点构形度的视角，考虑荷载、约束等与稳定问题密切相关的外界因素，引入几何刚度矩阵，从结构保持稳定的相反面，即从结构丧失稳定的角度，定义了能定量衡量结构失稳趋势的物理量一节点构形度相对变化梯度0U_U所有节点中g u_r最小值表示为gra—U m。
gra—U m与是结构稳定性两个不同角度的度量，都是结构稳定性的代表，具有明确的物理意义。
与相比，0u_u i n不仅仅是结构稳定性的数值代表，更是全面考虑了结构内部（拓扑、刚度）和外部（荷载、支座）因素，并且能揭示网壳结构失稳机理。
1.1节点构形度对具有《个非约束节点的结构，其整体刚度矩阵％写成.i.阶分块矩阵的形式，即%=55(1)式中为与节点人相关的刚度矩阵，其为对称正定矩阵，其维数C等于节点的自由度个数。
以矩阵的形式描述了节点A的刚度，为用一个简单标量全面衡量节点人的刚度，即定义节点乂的构形度_0C_0= det(%R)= +A'(2)i =1式中:A,('=1，2,…，〇为％的特征值。
由线性代数可得，％r的特征值A'表示在相应特征向量的方向上节点A的刚度。
由式("）可得，节点构形度是节点各个主轴方向刚度的全面度量，其数值仅与结构自身在节点A处的连接强弱有关。
1.2构形度相对变化梯度结构在支座约束及给定荷载下，其切线刚度矩为%T=K+K Z(3)式中:％?为切线刚度矩阵;％为整体刚度矩阵;％z为几何刚度矩阵。
%。
反映了在支座及荷载下，考虑应变高阶项后，结构内力对整体刚度的影响，可写成K g=K g c+K G t(4)式中:K z=为由压杆集成的几何刚度矩阵;K g为由拉杆集成的几何刚度矩阵。
将式(4)代入式(3)中可得K t=K+K g C+K gt(5)网壳作为一种形状抵抗型结构，其受力特性体现于薄膜效应，构件的应力状态以轴压力为主。
网壳稳定性与压杆的分布及其压应力水平密切相关。
由压杆集成的几何刚度矩阵能直接反映轴压力对结构刚度的削弱，体现结构的失稳趋势。
因此，定义荷载作用下节点A的构形度_= 6et(K R 7K g c r)(,)式中:K g cr为K gc中与节点人的相关刚度矩阵。
