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弹性曲弯网壳是近年来发展起来的一种新型空间结构形式,它是由统一截面规格的若干接长杆件在一平台上编织成网格后,通过特殊的施工工艺将其顶升曲弯而成的空间三维网壳形态,属于一种平面网格顶升曲弯的几何大变形过程。这类结构不同于以往任何一种刚性或柔性结构形式,体现了结构设计和建造方式的高度创新,具有很多建造方面的显著优势,发展前景广阔。然而,弹性曲弯网壳结构的设计难度较大,现有的设计规范和理论研究都无法与其做到同步,而且国内外对其理论研究的系统程度都远远不够,材料形式也不够丰富,因此,尽快对弹性曲弯网壳结构展开深入系统的理论研究意义重大。
本文针对弹性曲弯网壳结构,利用通用有限元软件ANSYS对其进行了结构找形、施工建造模拟和静力稳定性等方面的结构分析与设计研究,主要包括以下内容:
首先,通过对已有的索网、张拉膜找形模式和方法的探索和研究,寻找出一种考虑索网镜像的弹性曲弯网壳数值找形分析方法,并通过简单的网壳实例进行了计算验证。
其次,对弹性曲弯网壳的施工建造特点和方法作了详细介绍,通过材料建构计算和材料试验对弹性曲弯网壳的选材进行了探讨,同时对弹性曲弯网壳进行了施工全过程模拟计算分析。
再次,对弹性曲弯网壳的静力稳定性和承载能力进行了探讨研究,并对弹性曲弯单拱和筒体网壳进行了特征值屈曲和非线性全过程稳定计算分析。
最后,介绍了一种可变刚度的节点构造技术,并通过节点性能试验和数值模拟计算研究了其所具有的力学性能和变刚度效果。节点试验和模拟计算表明,这种变刚度构造技术具有效果显著地结构变刚度性能,可以广泛应用于弹性曲弯网壳的实际建造之中。