大矢高脊線式叉筒網(wǎng)殼靜動力學性能分析及形狀優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)擁有桿系及殼體結(jié)構(gòu)的特性，受力均勻、剛度較大，有自重輕、鋼材用量少、施工簡單快速等優(yōu)點。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)造型新穎，具有藝術(shù)表現(xiàn)力。大矢高叉筒網(wǎng)殼與常規(guī)網(wǎng)殼相比更具活力和造型特點，其優(yōu)美的造型可表現(xiàn)出意大利文藝復興建筑風格。
　　根據(jù)桿件連接方式的差別，單層脊線式叉筒網(wǎng)殼可分為:三向網(wǎng)格型、弗布爾型、聯(lián)方型、單斜桿型、雙斜桿型。本文主要工作有:
　　1、據(jù)脊線式叉筒網(wǎng)殼空間幾何特點及其脊線的幾何方程，參照折板網(wǎng)殼建模方法及五種

2、典型柱面網(wǎng)殼的網(wǎng)格劃分方式，采用APDL（ANSYS Parametric Design Language）參數(shù)化設(shè)計語言研制了三向網(wǎng)格、聯(lián)方、弗布爾、單斜桿、雙斜桿五種單層脊線式叉筒網(wǎng)殼參數(shù)化設(shè)計方法和宏程序;選取特定圓弧作為脊線式叉筒網(wǎng)殼對稱扇面的中軸線，克服了傳統(tǒng)脊線式叉筒網(wǎng)殼矢高較小的問題;對該類結(jié)構(gòu)施加靜力載荷，通過分析比較不同矢高、跨度、環(huán)向區(qū)域份數(shù)、徑向節(jié)點圈數(shù)及邊界約束方式的位移云圖和應力云圖，歸納出上述因素對五種脊線式

3、叉筒網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)靜力性能的影響規(guī)律及敏感度，為單層脊線式叉筒網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)設(shè)計提供依據(jù)。
　　2、據(jù)脊線式叉筒網(wǎng)殼空間幾何特點和空間柱面解析幾何方程，推導五種類型單層脊線式叉筒網(wǎng)殼的桿件微觀幾何參數(shù)（桿件長度、桿件之間夾角等）與結(jié)構(gòu)宏觀幾何參數(shù)(跨度S、矢高f，環(huán)向?qū)ΨQ區(qū)域份數(shù)Kn、徑向節(jié)點圈數(shù)nx)之間的關(guān)系式;并通過聯(lián)立方程式得到結(jié)構(gòu)矢高f與跨度S及環(huán)向?qū)ΨQ區(qū)域份數(shù)Kn、徑向節(jié)點圈數(shù)nx的函數(shù)關(guān)系式，由該式可得出結(jié)構(gòu)的最佳矢高，從而減少

4、材料浪費，降低工程造價。
　　3、以結(jié)構(gòu)總重量為目標函數(shù)，采用分層（級）形狀優(yōu)化設(shè)計方法利用FORTRAN語言和ANSYS軟件對三向網(wǎng)格型、單斜桿型、弗布爾型和雙斜桿型網(wǎng)殼進行形狀優(yōu)化設(shè)計。通過分析環(huán)向區(qū)域分數(shù)Kn、徑向節(jié)點圈數(shù)nx和網(wǎng)格的劃分形式的變化對結(jié)構(gòu)最優(yōu)耗鋼量的影響規(guī)律，得出該種網(wǎng)殼主要設(shè)計參數(shù)的最佳組合規(guī)律，為實際工程中該類網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)設(shè)計提供參考依據(jù)。
　　4、在所研究的五種脊線式叉筒網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中，選取靜力性能及經(jīng)濟

5、效益較優(yōu)的三向網(wǎng)格型和弗布爾型叉筒網(wǎng)殼進行自振分析和地震響應分析。給出三向網(wǎng)格型和弗布爾型兩種結(jié)構(gòu)的振型和頻率;對結(jié)構(gòu)施加EL-CENTRO三維地震波，采用時程分析法分析結(jié)構(gòu)在地震作用下的振動特性，導出節(jié)點位移時程曲線及震后位移云圖;通過計算并分析跨度、矢高、環(huán)向份數(shù)、徑向圈數(shù)等參數(shù)變化對結(jié)構(gòu)震后位移的影響，得出兩種類型脊線式叉筒網(wǎng)殼的地震響應規(guī)律，分析何種參數(shù)對該網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的抗震性能影響較為敏感，為實際工程中該類網(wǎng)殼抗震設(shè)計提供了理論參