摘要：自由曲面结构具有丰富的建筑表现力和视觉冲击效果,在工程实践中应用日益广泛.形态创建是寻求结构形状建立与受力合理相结合的过程,是自由曲面结构设计中的核心问题.为了对近年来出现的各种自由曲面结构形态创建方法进行梳理归纳,本文以自由曲面结构形态创建的历史发展脉络为线索,总结了自由曲面结构形态创建方法的研究与进展情况.首先将其分为以“形”为主线的早期物理实验阶段和以“态”为主线的现代数值模拟阶段两大类,并据其时期与创建方式的不同进行细分并阐释各种方法的概念与特点.最后总结自由曲面形态创建方面有待解决的问题,探讨未来发展方向.

摘要：为了探索强震下材料损伤累积、节点半刚性及节点刚域对弦支穹顶结构动力性能的影响,通过对承受轴力和弯矩共同作用的焊接球节点的有限元分析,得到考虑材料损伤累积的焊接球节点M-θ曲线,建立考虑材料损伤累积的半刚性节点、节点刚域模型,然后对5个分别考虑节点半刚性、节点刚域及材料损伤累积的弦支穹顶模型进行对比分析。结果表明:考虑材料损伤累积、节点半刚性使结构塑性发展充分,结构刚度更趋向均匀,会引起结构破坏位置、失效模式及结构延性的转变。考虑材料损伤累积、节点半刚性及节点刚域等对弦支穹顶的动力性能有较大的影响。

摘要：通过对地震作用下不同形式的网架结构进行大规模数值计算,以最大节点位移超过结构跨度的1/50为失效准则,分析了其动力失效模式及特征,将决定网架结构动力失效模式的因素提炼为四个方面:结构8P杆件比例、全时程的最大位移、平均单杆塑性应变能以及临失效前平均位移与最大位移的比值。由于网架结构各失效模式之间存在模糊性,利用模糊C-均值方法分析以上四个因素,进而将网架动力失效模式归为三类:失稳型局部失效、强度型整体失效和强度型局部失效。结果表明,模糊C-均值方法可以有效地划分网架结构的失效模式,并将自然语言描述的失效模式转变为数字语言的表述,得到各失效模式的典型数字特征,可用于识别其他网架结构,为结构的性能化设计打下基础。

摘要：为了对网格结构进行鲁棒性定量分析及找出鲁棒构型,以系统传递函数的H2范数作为结构鲁棒性的定量评价指标和优化目标;以单元相对密度为设计变量,采用固体各向同性惩罚微结构(SIMP)模型描述材料的刚度,建立鲁棒设计的数学模型,将结构的鲁棒性设计转化成连续体拓扑优化;引入保留精英种群的思想,并将大爆炸算法扩展应用在质点系优化中,求得全局最优解.以四点支承双曲扁网壳为例,分析了不同荷载条件下拓扑优化得到的鲁棒构型.结果表明:大爆炸算法可以有效地应用于连续体拓扑优化的鲁棒性构型设计中;以鲁棒构型为准则的正交斜放双曲扁网壳结构优于正交正放双曲扁网壳结构;结构的鲁棒构型可以明确结构的传力路径,对结构的杆件布置和截面设计具有指导作用.

摘要：针对索穹顶结构脊索容易退出工作、施工技术要求高、边环梁压力大等问题,给出一种把脊索换成刚性构件而成的刚性索穹顶结构,并采用均匀设计方法对刚性索穹顶结构进行近似优化分析.选用U12(37)均匀设计表,以一个跨度为60 m,承受轴对称均布荷载作用的肋环型刚性索穹顶结构为例进行分析,建立结果指标与设计参数之间的近似函数关系,获得近似优化的刚性索穹顶,并通过极值分析证明结果的可靠性.在此基础上,通过与相应索穹顶结构的分析比较,结果表明,刚性索穹顶结构具有上弦构件受拉、安装时只需张拉斜索,当向下荷载增大时,边环梁压力将逐渐减小.

摘要：折板式网壳结构是一种优良的空间结构,其静力性能和经济性均优于普通网架,而且建筑造型优美,形式丰富。本文采用振型分解反应谱法和时程分析法对折板式网壳结构的动内力作了研究,计算分析了结构厚度、坡度等参数对动内力的影响。通过计算表明,折板式网壳的动内力仅为相应网壳的二分之一,动内力的分布规律也有别于一般网架。除个别杆件外,折板式网壳杆件的动静内力之比约为10%。此外,采用反应谱法与时程法两者计算结果基本一致。本文计算结果可供工程设计时参考。

摘要：为了减小地震荷载,允许剪切变形的柔性橡胶支座在桥梁抗震设计中得到广泛的应用,地震荷载作用下长周期结构抗震设计需要考虑梁间碰撞影响.以两等跨非连续桥梁为对象,用非线性地震时程响应分析方法对碰撞计算中的参数选定、不同场地条件下的梁间碰撞行为等进行了比较.结果表明,梁间碰撞产生相当大的撞击力;碰撞以迎面撞击的形式为主,长周期侧结构的地震位移响应比不考虑碰撞时有所减小,碰撞导致落梁的可能性比较小;梁间的缓冲材料可以减轻撞击力,但对减小水平位移响应的作用很小.

摘要：为了在自由曲面上生成形状规整、大小可控的三角形网格,提出一种基于气泡运动模型的网格自动生成方法.将适量的网格点布置在离散化的曲面上,并模拟为弹性气泡.引入气泡间的相互作用力和曲面对气泡的吸附力,得到各气泡的运动控制方程.采用数值方法近似求解气泡系统的平衡状态.将平衡后的气泡中心用曲面Delaunay法连接成曲面上的三角形网格.在气泡模型中,通过相对半径函数控制各气泡的相对大小,进而实现对网格大小的调控.通过在相对半径函数中考虑气泡中心到特定点或线的距离、参考线或曲面的曲率等因素的影响,生成网格大小与曲面特征相适应的三角形网格. 6个算例结果表明,该方法生成的网格形状规整、疏密有致,其形状质量指标都高于0.97;该方法为网格结构的设计提供了参考.

摘要：借鉴张弦梁结构(BSS)的构成原理,提出一种改进悬臂型张弦梁结构(CSS),并进行了理论分析和试验研究。通过向上、向下荷载作用下的结构静力和几何非线性分析,得知这种结构以承受轴力为主,并具有良好的稳定性和抵抗不对称荷载的能力。为验证这种新型结构的力学性能,设计了一个直径为5.4m的试验模型,并设计了支承部件、可调索杆、连接节点的制作方案,进而全面考察了索的初始预应力分布以及模型在满跨、半跨加载两种荷载工况下的静力响应。理论与试验研究结果表明,在这两种荷载工况下,模型的静力响应与理论分析结果基本吻合,改进悬臂型张弦梁结构(CSS)受力合理,是一种适于大跨悬臂屋盖的新型结构形式。

摘要：现代结构系统在灾害中产生巨大经济损失的特点,使人们意识到在结构设计之初就对结构的寿命周期总费用进行有效评估、并反过来指导工程设计具有重要意义。对网壳结构寿命周期总费用的计算方法进行研究,分别提出初始造价、维护费用和失效损失的计算公式,并考虑寿命周期内网壳结构可能受到的荷载发生的概率,建立寿命周期总费用的计算方法,编制网壳结构寿命周期总费用的计算程序。通过一具体的网壳结构工程算例验证上述方法和程序的有效性。研究结果表明,网壳结构初始造价的追加投资会由于结构使用过程中失效损失费用的减小而得到补偿,而寿命周期总费用最小正是结构设计的最优状态,按照现行规范设计方法得到的结构配置方案不一定是寿命周期总费用最小的方案。