储油罐顶单层球面网壳整体稳定研究
储油罐顶单层球面网壳整体稳定研究
石油需求量的不断增加,对储油设施提出了更高的要求。其中储油罐大型化的主要制约因素是罐顶大跨度的实现。由于良好的经济性和施工的便利性,采用毂型节点的单层球面网壳在储油罐顶应用中逐渐得到关注。
通常设计将毂型节点视为刚接节点,导致了一些工程事故的产生。本文根据实际情况将承插式毂型节点简化为刚-铰接节点,为了保证结果的普遍性,选取两个不同跨度的单层球面网壳进行分析。首先讨论了这种节点形式对网壳结构内力分布和节点位移的影响。
然后分别采用理想模型和考虑几何初始缺陷的模型,分析了刚-铰接节点对网壳结构整体稳定性的不利影响。接着通过计算不同几何初始缺陷对分别采用刚接节点和刚-铰接节点的网壳的作用,讨论了采用刚-铰接节点网壳的缺陷敏感性。本文采用一致缺陷模态法考虑几何缺陷。
另外,运用柱面等弧长法进行有限元分析时,需要设置初始步长和最大弧长两个参数。本文讨论了参数设置对临界荷载的计算结果的影响,发现参数变化会对理想模型的临界荷载产生很大影响,但对引入初始几何缺陷的模型几乎没有影响。相对于支承在柱顶的网壳,只依靠罐体支承的储油罐顶网壳受下部支承结构的影响很大,本文对这种影响做了对比分析。
另外为了简化计算,提出了用弹性支承代替下部结构的方法,并证明了这种方法的可行性。最后讨论了拟壳法对采用毂型节点的单层球面网壳的适用性。
单层网壳结构稳定性分析
单层网壳结构稳定性分析
周飞;宛树旗
【期刊名称】《建材世界》
【年(卷),期】2007(028)003
【摘 要】介绍了网壳结构非线性全过程分析的理论和方法,利用大型通用有限元分析程序对单层球面网壳结构进行建模及求解,通过分析单层球面网壳的载荷-位移曲线,对单层球面网壳的失稳形态和稳定性能进行了研究,对影响单层球面网壳稳定性的多种因素进行了分析和总结,指出影响单层球面网壳稳定性的几个主要因素,较精确地确定单层球面网壳结构稳定性极限承载力,提出的简便计算公式.
【总页数】4页(P119-122)
【作 者】周飞;宛树旗
【作者单位】广东瀚华建筑设计有限公司,广州,510630;广东瀚华建筑设计有限公司,广州,510630
【正文语种】中 文
【中图分类】TU3
【相关文献】
1.地震作用下单层网壳结构动力稳定性分析的能量准则 [J], 徐军;孙锐
2.某开口单层网壳结构设计及稳定性分析 [J], 程杨苟;张晓光
3.MG(南汽)展示厅异型单层网壳结构稳定性分析 [J], 姚东生
4.单层网壳结构稳定性分析的随机缺陷模态迭加法 [J], 刘慧娟;罗永峰;杨绿峰;张伟
5.单层网壳结构整体稳定性分析 [J], 武继虎
因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买
考虑整体稳定的单层网壳截面优化设计
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
大型拱顶储罐螺栓球球面网壳顶的施工安装技术
大型拱顶储罐螺栓球球面网壳顶的施工安装技术
曹建鸥
【摘 要】某石化公司港口区重交通沥青项目拱顶和内浮顶储罐安装工程项目的螺栓球球面网壳顶结构,其安装工艺采用在地面平台进行组装的方案.因该方案施工组装方便,避免了高空散装法安全隐患大的缺点,大幅度降低了施工成本,提高了工程施工精度、质量.在简要介绍工程概况、网壳结构特点与安装方案确定、螺栓球球面网壳施工工艺流程的基础上,较详细论述了在螺栓球面网壳施工时,进行放线测量、网壳移动组装平台搭设、网壳专用支座安装、球面网壳组装等的施工步骤,以及进行蒙皮顶板支撑件安装、蒙皮顶板组装等内容.
【期刊名称】《石油工程建设》
【年(卷),期】2017(043)006
【总页数】4页(P77-80)
【关键词】大型拱顶储罐;网壳顶;地面安装
【作 者】曹建鸥
【作者单位】江西雄宇(集团)有限公司,江西南昌331700
【正文语种】中 文
金属拱顶储罐也称自支撑拱顶储罐,罐顶为球冠形结构,罐体为圆筒形,拱顶中间无支撑,荷载通过其周边支座传递到罐壁上。内浮顶储罐也是采用拱顶罐在其内部增设浮顶而制成的。拱顶储罐有带肋壳拱顶、网壳顶等结构,网壳顶按结构形式划分主要有双向子午线式网壳、三角形网格网壳、经纬型网格网壳,按节点形式划分主要有板式节点网壳、毂式节点(承插式)网壳、焊接节点网壳、螺栓球网壳。传统的拱顶结构储罐采用板式或者板肋式结构,因此当储油罐直径大于32 m时,传统拱顶结构的受力性能、材料用量等方面已经不能适应发展的需要,SH3046-1992《石油化工立式圆筒形钢制焊接储罐设计规范》附录四对此也做了明确的规定。
由于双向子午线网壳结构形式对储罐罐壁会产生不利影响,同等用钢量条件下其强度、刚度、稳定性及承载力要小于三角形和经纬形网格网壳;毂式节点(承插式)网壳又属于半钢性节点;板式节点网壳相对于螺栓球网壳而言其含钢量较大,自重大,对储罐强度和稳定性有不利影响,不够经济;焊接节点网壳对网壳结构的焊接应力变形较大,施工难度高,工艺复杂。因此大型拱顶储罐宜采用螺栓球节点的三角形或者经纬形网格网壳[1]。
网壳结构稳定性研究现状分析
网壳结构稳定性研究现状分析
摘要:网壳结构以其受力合理、轻质高强以及良好的跨越能力等优点在世界各地被广泛应用,网壳结构稳定性是衡量其安全与否的重要指标之一,本文综述了网壳结构稳定性的国内、外研究现状,并对网壳结构的应用发展趋势做了总结。
关键词:网壳结构;稳定性
1、引言随着人类物质文明和精神文明的发展与提高,人们亟需更大的自由空间及更小内支撑相互干扰的结构的出现,如大型集会场所、体育馆会展中心等。而一般的平面结构,如刚架、桁架、平板网架等,受其结构形式的限制,跨越能力有限。为此网壳结构应运而生,它以杆件为基础,按一定的规律组成网格,以壳体构型,兼具杆系和壳体的性质,保证了三维空间受力特性以及空间工作状态。此外,网壳结构还有以下特点:1)轻型化特征,网壳结构各个构件之间没有特别明显的主次关系,各个构件几乎都能均衡承受荷载,其内力分布较为均匀,受力更加合理。2)可以将结构美和建筑美有机地结合起来,完美与周围环境协调。3)计算原理成熟、计算方法简便。4)具有标准化、规格化特征。网壳结构的杆件可以用型钢、铝材、木材等建材制成,容易实现建筑构件的大批量工业化生产,多种节点体系的发明及生产方法的高度自动化,可以提高生产效率,降低生产成本,从而使网壳结构的力学合理性与生产经济性完美结合起来,使大跨度网壳结构的广泛应用成为现实。
2、网壳结构稳定性的国内外研究现状网壳结构多数构件呈受压状态,典型的破坏形态是失稳破坏,具有突然性,会造成严重的损失。尤其对于单层网壳,稳定更是控制其设计的关键,失稳破坏时钢材实际承受的应力水平很低,仅为30~40N/mm?,远未达到钢材屈服强度,使得网壳稳定性成为国内外学者关注的焦点。
网壳结构的计算方法大致分为两类:基于连续化拟壳理论的拟壳法和基于杆系有限元分析理论的离散结构法。拟壳法的是一种近似方法,可近似算出杆件的内力、节点的位移和结构的稳定性,适合于中小跨度的网壳计算。随着电子计算机技术的飞速发展,杆系结构的有限元方法已被广泛应用在网壳结构计算上,该法可以精确的计算出网壳结构的内力和挠度。
高温下凯威特型单层球面网壳结构的承载能力分析
高温下凯威特型单层球面网壳结构的承载能力分析
【中文摘要】凯威特型单层球面网壳结构是凯威特为了改善施威特勒型和联方型球面网壳中网格大小不匀称的缺点而创造的一种新型的网壳,它是由经向杆系、纬向杆系和斜向杆系将球面分成大小比较匀称的三角形网格。又称为平行联方型网壳。它不但网格大小匀称,而且内力分布均匀,因此常用于大、中跨度的穹顶中,例如体育馆、商场、会展中心等建筑。这些公共建筑长时间处于职员密集的状态,一旦发生火灾,在职员安全疏散之前坍塌,会造成大量的职员伤亡和重大的经济损失。在以往的对网壳的研究中主要集中在网壳的稳定性,而对于其高温下承载能力分析还很少。因此,有必要对高温下凯威特型单层球面网壳结构承载能力进行深进研究,以保证其在火灾发生时,结构具有足够的耐火性。本文在充分考虑几何非线性和材料非线性的基础上,采用有限元方法对125例高温下凯威特型(K8)单层球面网壳结构承载能力进行非线性的热—结构耦合分析。首先,采用ANSYS有限元软件用瞬态热分析方法对单个杆件、局部火灾下和整体火灾下的凯威特型(K8)单层球面网壳结构进行温度场分析。其次,通过热—结构多物理场耦合,采用ANSYS有限元软件利用全过程曲线方法对80例整体火灾下凯威特型(K8)单层球面网壳结构进行承载能力分析,得到高温下其耐火极限,比较在不同荷载大小、不同跨度、不同矢跨比对耐火极限的影响。考虑整体火灾下结构的稳定性。最后,通过热—结构多物理场耦合,采用ANSYS有限元软件利用全过程曲线方法对55例局部火灾下凯威特型(K8)单层球面网壳结构进行承载能力分析,得到高温下其耐火极限,比较不同火灾场景、不同跨度、不同矢跨比对其耐火极限的影响。比较局部与整体火灾下对结构承载能力的不同影响。通过本文的研究可以得到影响高温下凯威特型(K8)单层球面网壳结构承载能力的因素,得出结构无保护层和有保护层条件下其耐火极限,以及在进行抗火设计中对于凯威特型(K8)单层球面网壳结构如何选型为实际工程设计提供了依据;在对结构进行整体局部火灾分析,对工程实际有一定的指导意义。');
火灾作用下单层球面网壳结构的整体性能分析
火灾作用下单层球面网壳结构的整体性能分析
薛素铎;邱林波;李雄彦;王宁
【期刊名称】《北京工业大学学报》
【年(卷),期】2012(038)004
【摘 要】基于高大空间建筑火灾下的空气升温实用公式,按照欧洲规范规定的火灾高温下钢材的材料特性,考虑了温度对钢材特性的影响以及钢材屈服后的强化特征,对一凯维特单层网壳结构火灾下的性能进行了非线性有限元分析,研究其在不同局部火灾作用下的温度场分布和位移特征以及不同火源影响的最不利位置.结果表明:大多数设计火源模型下网壳结构的极限耐火时间都小于2h;火源高度对网壳结构极限耐火时间的影响最大,其次是火源位置,再次是火源面积;结构中心向外延伸的第1环到第3环之间的区域是结构抗火的薄弱部位.
【总页数】5页(P488-491,528)
【作 者】薛素铎;邱林波;李雄彦;王宁
【作者单位】北京工业大学建筑工程学院,北京100124;北京工业大学建筑工程学院,北京100124/中冶建筑研究总院有限公司,北京100088;北京工业大学建筑工程学院,北京100124;北京工业大学建筑工程学院,北京100124
【正文语种】中 文
【中图分类】TU398;TU352.5
【相关文献】 1.结构在地震和火灾耦合作用下的性能分析 [J], 傅蛟龙
2.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
3.局部火灾作用下钢筋混凝土框架结构性能分析 [J], 王广勇;傅传国;薛素铎
4.自然火灾作用下钢筋混凝土框架结构性能分析 [J], 王广勇;薛素铎;傅传国
5.门式刚架钢结构火灾下整体力学性能分析 [J], 白音;石永久;王元清
因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买
单层球面网壳结构的最优设计参数研究
第37卷第2期 2 0 1 1年1月 山 西 建 筑 SHANXI ARCHITECTURE Vol_37 No.2 Jan. 2011 ・31・
・结构・抗震・
文章编号:1009-6825(2011)02—0031—02
单层球面网壳结构的最优设计参数研究
张利伟
摘要:针对单层球面网壳结构工程设计,采用满应力设计方法,选择跨度、矢跨比、网格尺寸和约束条件作为独立变量,
分别对每一个变量取一系列的数值进行计算,以最低用钢量为优化目标,得出每一个独立变量的最优设计参数,与规范 给出的优化设计参数进行了比较,表明得到的最优设计参数更全面、更详细,可为工程设计提出指导。
关键词:优化设计,单层球面网壳,参数,用钢量
中图分类号:TU33 文献标识码:A
1 概述
作为空间结构中最有代表性的结构,单层球面网壳因其结构
构造简单,造型丰富,重量轻,受力合理,已经成为大跨度空间结
构中一种举足轻重的主要结构形式,在工程结构中得到了广泛的
应用。与此同时,单层球面网壳的优化设计研究已经成为学界和
业界研究的热点…。
目前对那些设计变量和约束条件较少和简单的小规模结构, 其优化设计的研究比较充分,但对像单层网壳这样结构的优化研
究却不多。这主要有三方面的原因:1)在对单层网壳进行有限元 分析时,约束条件复杂。2)如果考虑几何非线性的影响,问题更
为复杂。3)设计变量和约束条件都比较多,优化分析时不易收敛
到最优解。文献[2]在单层网壳的优化过程中,虽然考虑到几何
非线性的影响,但约束条件较少;文献[3]的优化模型虽有足够的
约束条件,但其中的强度和稳定性约束条件不符合实际情况。
以单层球面网壳的用钢量为目标函数,按照满应力准则设计
方法,通过有限元方法进行分析,对单层球面网壳工程设计中的
各种参数进行优化。满应力设计是以结构构件达到满应力准则,
使杆件材料得到充分利用的方法 。其设计思路就是对一个一
定的结构形式,通过凋整杆件的截面尺寸,从而使杆件的受力能 力得到充分的发挥。具体表现如下:对已定型的结构在多种荷载
直径60m大型储罐罐顶球面网壳设计计算
第6期 直径60m大型储罐罐顶球面网壳设计计算 修维红,倪利刚,李永泰,吴晓红,郭春光 (合肥通用机械研究院,安徽合肥230088) [摘 要]本文 ̄JGJ7-2010 空间网格结构技术规程》和GB50017—2003((钢结构设计规范》对60 m大型储罐罐顶球面网壳进 行设计计算。应用3D3S软件计算校核网壳杆件强度、刚度、稳定性;应用ANSYS软件分析网壳整体稳定性,通过大位移非线性 有限元分析,准确计算了网壳结构 临界荷载,可为储罐设计人员和制造厂提供参考。 [关键词]大型储罐;网壳;钢结构;构件强度;稳定性;有限元 化工大型圆筒型储罐使用钢网壳结构作为罐 顶支撑结构,将空间杆件预制成为球面网架,在 球面网架上铺设钢板,组成密封罐顶。从近代大 型体育馆或展览厅借鉴的空间三角形网格网壳具 有空间三向传力、内力分布均匀分散、以整个结 构形式抵抗外载荷、结构重量轻且制造安装简便 等特点,在大跨度场合中表现优越,为储罐大型 化提供了技术基础。 网壳是支撑罐顶蒙皮的独立构件,承受罐 顶零件重量、风载荷、雪载荷、地震等外载荷, GB50341.2003《立式圆筒形钢制焊接油罐设计 规范》等石化行业规范中有关罐顶结构部分内容 并不包含网壳结构要求,根据网壳构造和失效形 式采用JGJ7—2010《空间网格结构技术规程》…和 GB50017—2003《钢结构设计规范》[2 来规范网壳 使用安全性更加合理。两个规范中规定了强度、 刚度、稳定性的计算方法和评定依据,与我们熟 悉的化工设备设计方法有较大差异。本文将介绍 依据两个规范进行的网壳设计计算方法,以期消 除因某些盲目性带来的安全隐患,提高储罐罐顶 网壳的安全性。 常用有限元软件可用建立单元表方法提 取不同部位不同受力情况的杆件轴向应力、弯 曲应力,但不同于压力容器只评定应力要求, GB50017-2003里规定了构件强度、刚度、稳定性 评定方法【2】,计算内容繁琐,手工后处理计算量 大。相对于建筑用多层异形网壳结构,单层球面 网壳无论从结构和受力分布上都非常简单。国内 外开发的空间结构设计软件完全可以胜任网壳构 件设计计算工作,且更加便捷准确。3D3S是同济 大学研发的一款钢结构一空间结构设计软件,具 有杆单元、梁单元、索单元、板单元、膜单元, 包含了国内各种建筑和钢结构规范[3],其中包括 GB50017.2003《钢结构设计规范》。3D3S专用于 钢结构的构件强度、刚度、稳定性验算的后处理 功能,省却了繁琐的手工计算。 整体失稳坍塌是网壳的失效形式之一,大跨 度网壳失稳通常发生在结构强度破坏之前,必须 进行精确的整体稳定性分析,找出失稳临界点载 荷来评定结构安全性。通用有限元分析软件Ansys 具有线性和非线性屈曲分析计算功能。线性屈曲 分析又称特征值屈曲分析,属于小变形线弹性屈 曲,针对平衡状态求解,计算简便但得到的临界 载荷很保守,往往比非线性分析大一倍,我们只 用它来预测网壳失稳模态。非线性分析模型可按 照特征值屈曲分析模态施加初始缺陷。基于几何 大变形的非线性屈曲是目前最精确的网壳整体稳 定性分析方法,全程跟踪网壳的非线性荷载一位 移响应可以完整地了解网壳加载过程的稳定性变 化历程,确定稳定承力极限即失稳临界点载荷。 1标准规范中网壳安全性验算规定 GB50017—2003《钢结构设计规范》规定: 杆件强度要求 14"一+ 以 , .. y 一 杆件整体稳定性要求 ≯ 蔓一 一1 +~ l『…一 , ・ %“ ●1 作者简介:修维红(1 979一),女,山东青岛人,硕士,高级 工程师。在合肥通用机械研究院从事技术工作。
大型储罐常用网壳结构型式的对比分析
大型储罐常用网壳结构型式的对比分析
摘 要:文章主要介绍了成品油库中大型储罐罐顶网壳结构的几种类型,对最常用的双向子午线网壳和三角形网壳从结构型式及特点、非线性屈曲研究结论、实际应用情况、耗钢量、施工难度、施工周期、工程投资等多方面进行了综合分析比较,为今后大型储罐罐顶结构的选取提供了设计依据。
关键词:大型储罐 网壳 双向子午线网壳 三角形网壳
1.前言
球面拱顶是立式圆筒形储罐中使用很广的一种罐顶型式,常用容积范围为100~5×104m3。球面拱顶是球的一部分,它由中心顶板、扇形顶板组成。当储罐直径较大、顶板较薄时,顶板内侧(或外侧)还焊有加强肋或采用球面网壳。
网壳顶是构架支撑式的自支撑式拱顶,由空间杆件预制成为球面网架,然后在球面网架上面铺设钢板形成球壳,组成完整的密封罐顶。罐顶上的外部载荷全部由网架承受,球壳只是起密封作用的蒙皮,在设计中不考虑球壳板的承载能力。大型储罐的罐顶经常采用网壳顶结构。
目前,随着成品油库建设规模的不断增大,所要求的储罐单罐容量也不断扩大,储罐罐顶除了采用带肋球壳之外,单层网壳结构正在得到广泛应用。尤其是当大型储罐拱顶的曲率半径大于40米时,采用带肋式球壳结构在受力性能和用料方面已不能满足规范等各方面的要求,必须采用球面网壳结构才能满足结构及安全的要求。
2.网壳的结构型式及特点
大型储罐罐顶网壳常用的结构型式有经纬向网壳、双向子午线网壳、三角形网壳等,目前在中石油、中石化等项目中经常使用的有两种结构,即三角形网壳和双向子午线网壳。两种网壳的结构特点如下:
三角形网壳:采用装配式短程线单层球形网壳(网格呈平面三角形),三角形网壳的网架杆件,在空间全部组成三角形,三角形的三个顶点位于球面上,其网杆为直杆,节点型式是杆件端头由一组螺栓孔并通过钢板制成的板式节点连接而组成空间三角形结构体系。
双向子午线网壳:网格呈空间四边形,网壳由双向连续的子午线网杆相交而成,所有网格均接近正方形,大小也比较接近,其网杆为连续的圆弧形曲杆,上下网杆之间的节点采用全焊接结构,形成刚节点。
大跨度单层混合型球面网壳非线性稳定性研究
第3o卷第1期 2014年2月 结构工程师 Structural Engineers Vo1_30.No.1 Feb.2014
大跨度单层混合型球面网壳非线性稳定性研究
郭远翔 ’ 黄慧隆
(1.华南理工大学土木与交通学院,广州510641;2.华南理工大学建筑设计研究院,广州510641)
摘要本文采用大型通用有限元软件ANSYS对大跨度单层混合型球面网壳弹塑性稳定性进行研究,
分析了初始缺陷、荷载不对称分布、支承条件及非线性对网壳稳定性的影响,并研究了初始缺陷对网壳
动力稳定性的影响情况。
关键词大跨度单层混合型球面网壳,非线性,稳定性,ANSYS
Nonlinear Stability Analysis of a Large--span Single—-layer Mixer
Spherical Reticulated Shell Structure
GU0 Yuanxiang ・ HUANG Huilong ,
(1.School of Civil Engineering and Transportation,South China University of Technology,Guangzhou,5 10640,China; 2.Architectural Design and Research Institute of South China University of Technology,Guangzhou,5 10640,China)
Abstract In this article,the universal finite element software ANSYS is used to analyse the nonlinear stabil—
ity of a large-span single—layer mixer spherical reticulated shell structure.The effects of initial imperfection,
