结构化网格

结构化网格（精选10篇）

结构化网格 篇1

1 网格的特点

网格(grid)是一种先进的计算机基础设施,是一种能带来巨大存储、处理能力和其他IT资源的新型网络。其具有以下特征;

1.1 共享性

网格是一个通过互联网技术将地理上广泛分布的的资源集成起来的基础设施,但是它的各类资源都可以被共享使用,一个网格用户可以同时访问多个网络资源,而且多个网格用户也可以同时访问同一个网络资源,因而在网格式化没有资源孤岛和信息孤岛;

1.2 集成性

网格可以将不同类型、不同管理平台、能力千差万别的计算机资源集成为一个有机的整体,以协调不同地理位置上的资源请求者;

1.3 协商性

网格支持资源的协商使用,资源请求者可以与资源提供者进行协商,协商资源的可用性、数据传输带宽、系统安全性、系统响应时间等各项指标,从而能达到满足个人的需要;

1.4 开放性

网格是一个开放式的系统,不论计算机资源本地采用什么样的管理系统和通信协议,只要其遵守网格的规则和协议,都可随时加入网格;成为网格用户,只需将网格设备接入网格就可以使用网格中的各种资源。对于资源提供者,网格随时允许资源的加入或退出。对于网格用户需求和技术有一定确定性、封闭性,但是其技术和系统却是开放的;

1.5 通用性

网格网络有专门的领域、专有的技术,对于每个网格用户,其网格技术通用。

2 网格体系结构

网格的核心技术之一就是网格体系结构,它是网格的骨架与灵魂,其主要是定义规范和如何构造网格的技术,也是建立网格最基本的需要。它通过描述网格的集成方式和各组成部分的关系,来刻画网格的运转机制和基本功能。截止目前,较大影响力的网格体系结构有三种,第一个是五层沙漏结构、第二个是开放网格服务结构OGSA(Open Grid Service Architecture),是Foster在结合Web Services提出的,第三个是Web服务资源框架WSRF(Web Services Resource Framework)。是2004年由IBM、HP等重大IT服务提供商提出的。

2.1 五层沙漏结构的特点是呈沙漏状,是一种影响力十分广泛

的结构。五层沙漏模型自顶向下分别是应用层、汇聚层、资源层、连接层和构造层。应用层位于虚拟组织中,主要是给不同虚拟组织提供一个解决所面临的问题的方案,其由任一层定义的服务构建;汇聚层建立在资源层和连接层形成的瓶颈上,主要功能是解决资源间的共享问题,将下层单个资源集中起来;资源层调用构造层提供的资源访问接口,实现资源控制和访问;连接层制定了通信及认证协议,是为下层的物理资源之间能相互联系和通信,使得单个资源不再孤立,并且提供了消息加密机制,主要用于辨别用户和资源的身份;构造层直接与底层资源打交道,通过管理底层资源,从而向上层提供一个访问这些资源的统一接口,来屏蔽资源间的异构性。

五层沙漏模型且层次清晰,它的思想是以协议为中心,来强调服务与API和SDK的重要性。但该结构并没有对具体协议的定制做充分说明,既没有提供完整的协议,也没有指定严格的规范,而只是定义了该结构中各部分组件的通用要求,而形成这些组件间的层次关系。每一个上层组件都可建立在任意一个底层组件之上,同一层的组件具有相同的特性,每一层的API都是与特定服务交换协议信息的具体实现。根据各个组成部分与底层共享资源之间的距离不同,共享资源的使用及操作功能被分散在沙漏结构的各个层上,越往下越接近物理上的共享资源,与特定资源的相关成分就越多;相反,越向上层,越无法感知到特定资源的细节特征。

2.2 OGSA是在五层沙漏结构的基础上,结合Web Services技

术提出的一个面向服务的体系架构。其通过定制很多网格标准协议使得网格成为一个开放系统。在OGSA框架中,一切资源都被看作是服务,这样能够采用统一的标准来管理及访问网格资源。OGSA架构由下到上依次为资源层、web服务层、基于OGSA架构的服务层和网格应用层。在OGSA架构中,资源层是整个体系结构的中心,可划分为两层:物理资源层和逻辑资源层。物理资源层包含了存储器、服务器及网格。逻辑资源层为了提供额外的功能,对物理资源层进行虚拟化及聚合。在Web服务层,OGSA利用如XML、WDSL等Web服务机制并且以Web Services为基础,从而使Web服务的定义得到进一步的扩展。OGSA架构的服务层,是基于Web服务层及OGSI基础设施而建立的。随着数据服务、程序执行、核心服务等新架构服务的出现,将不断提高OGSA基于SOA思想架构的可用性,基于网格架构的服务的开发,从而加快了新型网格应用程序的不断出现,这些新型网格应用程序就构成了OGSA架构中的网格应用层。

2.3 WSRF是对OGSI的继承与发展,它解决了OGSI中Web服

务不能满足网格服务动态创建以及销毁的需求,保留了OGSI的核心功能,解决了OGSI将资源建模成有状态的Web服务。它将资源标识为有状态的,服务是无状态的,而在一种无状态的Web服务中,能使用到其有状态的资源,这些采用了与网格服务完全不同的定义。

3 结束语

通过网格技术,我们可以有效的、充分的利用网络资源。网格是一门新兴技术,己引起人们的广泛关注。网格有利于充分整合、调度、共享和管理现有资源,它将会不断加速科学研究、提升竞争力,从而全面提升整个社会的生产力水平。

摘要：网格是利用互联网把地理上分散的计算资源、存储资源、数据资源、知识资源等资源连接起来,形成一个逻辑整体,就像一台超级计算机。消除资源“孤岛”,实现资源共享。本文首先对网格的定义、网格的特征进行描述,再对网格的体系结构进行详细解析,这样可以对网格有一个详尽的认识,最后对网格计算的应用做了阐述,以促进网格研究。

关键词：网格,网格技术,网格计算

参考文献

[1]赵秀芳.网格技术及应用[期刊论文].兰台世界,2006,(05).

[2]施伯乐.数据库教程[M].北京摘要:人民邮电出版社,2004.

[3]王清.网格技术的探讨[期刊论文].大众科技,2006,(07).

结构化网格 篇2

基于连续拼接多块结构化网格,通过求解雷诺平均Navier-Stokes方程研究并行计算中的负载平衡问题.利用组合优化中的排序理论设计负载平衡算法,实现了网格数据的自动划分和各处理机上计算任务的`自动分配.在工作站集群MPI并行环境下,通过实例考察了负载平衡算法和并行计算的性能,16个处理机上的负载均方差和负载相对均方差分别为0.0084和0.1347%,并行计算结果和实验数据吻合良好,并行效率高.本文算法具有良好的可扩展性,适用于MIMD结构计算机上基于多块结构化网格并行计算中的负载平衡问题.

作 者：郑秋亚 刘三阳 左大海 梁益华 作者单位：郑秋亚(西安电子科技大学理学院,西安710071;长安大学理学院,西安710064)

刘三阳(西安电子科技大学理学院,西安,710071)

左大海(长安大学理学院,西安,710064)

梁益华(中国航空计算技术研究所航空流体动力数值模拟重点实验室,西安,7100681)

结构化网格 篇3

关键词：城市场馆；阶梯式肋环形网格管桁架

中图分类号：TU758.11 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2012）06－0001－02

1 工程概况

江阴市民水上活动中心钢结构工程，其投影面积为12 000 m2，东西方向长150 m，南北向宽124 m，最高点高度为32 m，54榀管桁架由中心点成放射状向外布置。钢结构总重量约为3 200 t，主要材质为Q345B。建筑总体为蘑菇状，整个结构为阶梯式肋环形网格结构，结构体系非常复杂，整体不规则。

江阴市民水上活动中心工程钢结构由钢柱、屋盖系统、门厅、马道和零星钢结构几部分组成。钢结构采用钢管相贯通过焊接形成的片状结构，整个钢结构采用阶梯式肋环形网格钢管桁架结构体系。

2 安装方法

2.1 计算机模拟组合安装法

本工程在钢结构施工时采用了计算机模拟组合单元安装法，缩短了大型机械使用的周期，减少了高空作业的内容，降低了高空安全风险，保证了安装过程的安全。具体步骤如下：

2.1.1 确定组合单元

在确定组合单元时，按“保证径向桁架侧向稳定性、尽量减少高空焊接工作量、加快施工进度”的原则，将相邻两榀径向桁架组装成一个空间稳定组合单元，整个钢桁架结构共划分为40个组合单元。每个组合单元包括两榀径向桁架、径向桁架间的环向桁架以及系杆支撑等，该组合单元为空间稳定结构，保证了施工的安全，加快了施工进度。

2.1.2 进行坐标定位

由于结构安装过程中单榀桁架侧向稳定性差以及单榀径向桁架在地面没有足够的支撑点，所以该工程采用现场组合单元拼装、焊接，然后进行安装。在现场利用胎架将阶梯式肋环形网格管桁架的径向桁架和环向桁架在地面组合拼装焊接，但需要将关键点的坐标进行精确定位。由于整个结构为阶梯式肋环形网格管桁架结构，结构体系非常复杂，每榀桁架都呈不规则设计，每榀桁架参差不齐、高低不平，采用传统的CAD平面放样方法很难找到两榀桁架之间的相互关系，并且后续测量工作很大。为了使组合单元的拼装精度和拼装速度得到进一步提高，我们利用CAD三维线形模型将关键点坐标进行空间定位，为组合单元的拼装精度和拼装速度提供了准确的技术依据，避免了传统繁琐的放样工作，该方法对于阶梯式肋环形网格管桁架的组合单元拼装有明显的效果。

根据阶梯式肋环形网格管桁架的特点，采用以下步骤进行坐标定位：

第一步：利用计算机在线型模型中将其中一榀阶梯式肋环形网格管桁架下弦钢管的两端连线，形成辅助线。

第二步：再将两榀阶梯式肋环形网格管桁架的端点连线，形成X坐标轴。

第三步：以辅助线和X轴形成X－Y平面，汇交点为原点， 以右手法则建立空间坐标系。根据阶梯式肋环形网格管桁架的特点，利用计算机在线型模型中对分段点和关键点进行空间定位。

2.1.3 组合单元拼装

首先在计算机中进行模拟组装，然后根据坐标定位数据进行组合单元杆件拼装。

2.1.4 组合单元安装

利用计算机模拟每个组合单元吊装过程的状态，确保吊装过程中吊装单元的整体稳定。

吊装机械沿建筑物外围环形路线行走，依次安装各个组合单元，确保组合单元和临时支撑处于安全状态。

2.1.5 卸载

运用计算机进行卸载全过程模拟，对卸载分区、次序、每次卸载量以及卸载点等进行多次的优化计算，最终确定卸载方案。经过计算分析，整个钢结构分为3个区分步卸载。首先逐步切割1区临时支撑与桁架连接的短柱，其次逐步卸载2区千斤顶，最后逐步卸载3区千斤顶。在临时支撑分区卸载时利用螺旋式千斤顶，多次微量下降，逐步实现荷载平稳转换。

2.2 阶梯式肋环形网格管桁架组合单元安装法

采用阶梯式肋环形网格管桁架组合单元安装法进行钢结构施工时，采用以下步骤进行：①确定组合单元，对阶梯式肋环形网格管桁架进行组合拼装；②安装临时支撑系统，阶梯式肋环形网格管桁架组合单元安装；③钢结构卸载。

3 技术难点

阶梯式肋环形网格钢管径向桁架从中心点成放射状向外布置，位于池底、看台、平台上方，由于池底、看台、平台上方的楼板或次梁只能承受较小的外力，并且此区域其他专业也要进行穿插施工，径向桁架下方无法安装临时支撑，场地条件极为有限。另外该工程工期要求很紧。由于结构安装过程中单榀桁架侧向稳定性差以及单榀径向桁架在地面没有足够的支撑点，故传统的单榀吊装方案受到限制，且施工速度慢。

为了加快施工进度，保证施工质量，实现精细化施工和施工全过程的可控，利用计算机模拟及验算指导施工。经公司专家讨论，决定采用计算机模拟组合安装法进行安装，该方法存在以下技术难题：①地面组合拼装时，阶梯式肋环形网格管桁架的空间坐标定位；②安装过程变形量、临时支撑变形量以及卸载变形量的控制；③卸载次序的确定；④阶梯式肋环形网格管桁架多管汇交处落地支座形式的确定。

4 结束语

阶梯式肋环形网格管桁架结构是一种新型的结构形式，具有较强的建筑表现力，且利于采光。其结构性能介于单、双层网壳之间，具有良好的承载力。组合单元安装法适合于城市场馆的改建、新建工程和受现场场地限制无法散件吊装时的情景，特别适合阶梯式肋环形网格管桁架工程的安装。 （编辑：王昕敏）

On the Stepped Rib Circular Grid Tube Truss Structure’s Combination and Installation

Jiang Lanqiao

Abstract: With the advance of socialist modernization, the city stadium came into being. Stepped rib ring mesh tube truss due to its low－carbon environmentally friendly, economical and practical, to facilitate production, strong integrity and is applied to the stadium project. The reconstruction works of city venues, new construction, if the lifting conditions allow, the use of traditional single specimens of lifting to meet the requirements, but need to put a temporary support, measures to use the larger venues, aerial work more anchor points. The combination unit installation method is suitable for venues in the city rebuilt, new construction and site venues limit can not be parts when lifting the scene, especially for the installation of the stepped rib ring mesh tube truss engineering.

Key words: urban venues; stepped rib circular grid tube truss

网格体系结构综述 篇4

20世纪90年代中期, 在电力网的概念中引申出的“网格 (Grid) ”的出现, 被人们称为第三代互联网, 它为人们提供了信息系统建设的全新视角和体系结构理念。网格是利用互联网把分散在不同地理的异构、动态变化的各种资源包括计算资源、存储资源、带宽资源、软件资源、数据资源、信息资源、知识资源等连成一个逻辑整体, 整合成一台超级计算机, 为用户提供一体化信息和应用服务、虚拟组织, 最终实现资源共享和协同工作, 彻底消除资源“孤岛”。

网格体系结构就是关于如何建造网格的技术描述。它给出了网格的基本组成与功能, 描述了网格各组成部分的关系以及它们集成的方式或方法, 刻画了支持网格有效运转的机制。合理的网格体系结构是建立良好网格的核心, 只有建立合理的网格体系结构, 才能够设计和建造好网格系统, 才能够使网格更加高效更加有效地发挥其作用。

1 网格体系结构

现在主流的网格体系结构主要有三个:第一个是Ian Foster等人在早些时候提出的五层沙漏结构;第二个是在以IBM为代表的工业界的影响下, 考虑到Web技术的发展与影响后, Ian Foster等结合五层沙漏结构和Web Service提出的OGSA (开放网格服务体系结构) ;第三个是由Globus联盟、IBM和HP于2004年初共同提出的WSRF (Web服务资源框架) 。

1.1 五层沙漏体系结构

在五层沙漏体系结构中, 最基本的思想就是:以协议为中心的体系结构, 强调协议在网格资源共享和互操作中的地位, 强调服务与API和SDK等的重要性。五层沙漏结构的设计原则是:

(1) 要保持参与的开销最小, 即较少的核心协议, 提供一些核心服务为基础, 类似于OS内核, 以方便移植。

(2) 沙漏结构管辖多种资源, 允许局部控制。

(3) 可用来构建高层的、特定领域的应用服务, 支持广泛的适应性。

(4) “IP hourglass”model。

五层沙漏结构根据该模型中各组成部分与共享资源的距离, 将对共享资源进行操作、管理和使用的功能分散在五个不同的层次, 越向下层越接近于物理的共享资源;越向上层就更加抽象共享资源的表示, 就不需要关心与底层资源相关的具体实现等问题。

五层体系结构由构造层、连接层、资源层、汇聚层和应用层。如图1所示。沙漏形状是这种结构的一个重要的特点。其内在的含义就是各部分协议的数量是不同的, 对于其最核心的部分, 要能够实现上层各种协议向核心协议的映射, 同时实现核心协议向下层各种协议的映射, 核心协议在所有支持网格计算的地点都应该得到支持, 因此核心协议的数量不应该太多, 这样核心协议就形成了协议层次结构中的一个瓶颈。瓶颈是由资源层和连接层共同组成的, 形成了沙漏形状的结构。沙漏核心的思想和微内核的操作系统进行类比, 即操作系统只实现一些关键的基本功能, 而把大量与特定设备有关和与应用有关的部分来完成。

下面对五层的功能特点分别进行简单描述。

(1) 构造层的基本功能就是控制局部的资源, 包括查询机制 (发现资源的结构和状态等信息) 、控制服务质量的资源管理能力等, 并向上提供访问这些资源的接口。

(2) 连接层的基本功能就是实现相互的通信。它定义了核心的通信和认证协议, 用于网格的网络事务处理。通信协议允许在构造层资源之间交换数据, 要求包括传输、路由、命名等功能。

(3) 资源层的主要功能就是实现对单个资源的共享。资源层是建立在连接层的通信和认证协议之上, 定义的协议包括安全初始化、监视、控制单个资源的共享操作、审计以及付费等。

(4) 汇聚层的主要功能是协调多种资源的共享, 它涉及资源的共性, 而不是资源的具体特征。

(5) 应用层是在虚拟组织环境中存在的, 关心的是如何解决不同虚拟组织的具体问题。每一层都定义了协议, 以提供对相关服务的访问, 这些服务包括资源管理、数据存取、资源发现等。

1.2 开放网格服务体系结构 (OGSA)

开放式网格体系结构 (OGSA) 是一种基于网格服务的分布式交互和计算体系结构, 用来确保异构系统间的互操作性, 使不同类型的系统可以相互通信、共享信息。网格技术和Web Service技术是OGSA包括两大关键技术, 它是在五层沙漏结构的基础上, 结合Web Service技术提出来的, 解决了两个重要问题——标准服务接口的定义和协议的识别。

OGSA最基本的思想就是以“服务”为中心, 在OGSA中一切都是服务。在OGSA框架中, 将一切抽象为服务, 包括各种计算资源、存储资源、网络、程序、数据库等等, 简而言之, 一切都是服务。五层模型的目的是要实现对资源的共享;而在OGSA中则要实现的是对服务的共享。

网格技术 (如Globus软件包) 和Web Service是OGSA的两大支撑技术。①Globus是一种基于社团的、开放结构、开放源码的服务的集合, 也是支持网格和网格应用的软件库。学和工程计算领域广泛接受的网格技术解决方案。②Web Service是一种标准的存取网络应用的框架。XML协议相关的工作是Web Service的基础。Web Service中几个比较重要的协议标准是SOAP、WSDL、WS-Inspection、UDDI。

OGSA符合标准的Web Service框架。Web Service解决了发现和激活永久服务的问题, 但是在网格中有大量的临时服务, 因此OGSA对Web Service进行了扩展, 定义了网格服务的概念, 网格服务是一种Web Service, 该服务提供了一组接口, 这些接口的定义明确并且遵守特定的管理, 解决服务发现、动态服务创建、生命周期管理等问题。简单地说, 网格服务=接口/行为+服务数据。图2是网格服务体系结构的简单描述。

OGSA以服务为中心的网格体系结构具有如下优势:

在OGSA中一切都是服务, 通过一组相对统一的核心接口, 所有的网格服务都基于这些接口实现, 可以很容易地构造出具有层次结构的、更高级别的服务, 这些服务可以跨越不同的抽象层次。

网格的虚拟化可以使得将多个逻辑资源实例映射到相同的物理资源上, 在对服务进行组合时不必考虑具体的实现, 可以底层资源组成为基础, 在虚拟组织中进行资源管理。通过网格服务的虚拟化, 可以将通用的服务语义和行为, 无缝地映射到本地平台的基础设施之上。

1.3 Web服务资源框架

Web服务资源框架 (Web Service Resource Framework, WSRF) 提供了一种利用Web服务建模和访问有状态资源的通用开放框架。WSRF标准包括一套平等, 互操作和有标准组件的规范, 使得定义和实现一个Web服务以及整合管理多种服务变得更加简易化。

引入Web服务资源框架的Web服务规范, 它们通过具体的消息交换和相关的XML定义描述了Web服务资源方法。这些规范使得程序员能够声明和实现Web服务与一个或多个具有名称的类型化状态组件之间的关联集, 这些状态组件称为Web服务资源。它们描述了一些定义Web服务资源以及将Web服务资源与Web服务接口的描述相关联的方式。它们还描述了如何使Web服务资源可以通过Web服务接口进行访问, 并且定义了与资源分组和寻址有关的机制。这个框架提供标准化定义的五个独立规范文档之间的相互关系。这五个文档是:Web服务资源特性、Web服务资源生命周期、Web服务可更新引用、Web服务服务组和Web服务基本故障。

WSRF采用了与网格服务完全不同的定义:资源是有状态的, 服务是无状态的。为了充分兼容现有的W e b服务, WSRF使用WSDL 1.1定义OGSI中的各项能力, 避免对扩展工具的要求, 原有的网格服务已经演变成了Web服务和资文档两部分。WSRF推出的目的在于, 定义出一个通用且开放的架构, 利用Web服务对具有状态属性的资源进行存取并包含描述状态属性的机制, 另外也包含如何将机制延伸至Web服务中的方式。

WSRF是一个服务资源的框架, 一个具有五个技术规范的集合, 它们根据特定的Web服务消息交换和相关的XM定义来定义了Web服务资源方法的标准化描述。在表1中结了这些技术规范。

WSRF规范是针对OGSI规范的主要接口和操作而定义的, 它保留了OGSI中规定的所有基本功能, 只是改变了某语法, 并且使用了不同的术语进行表达。表2给出了从OG to WSRF:重构和演化。

WSRF使Web服务体系结构发生了以下两点演化:提供了传输中立机制来定位Web服务;提供获取已发布服务的信息机制集, 具体的信息包括WSDL描述、XML模式定义和使用这项服务的必要信息。

和OGSA的最初核心规范OGSI相比, WSRF具有以下七个方面的优势:

(1) WSRF使用了不同的结构模型一个状态资源和一个Web服务, 更具有表达性, OGSI采用了同一种结构模型化态资源作为一个Web服务 (支持Grid Service Porttype) 。

(2) WSRF更具有表达性, Many services-to-Many Resources, OGSI的模式在WSRF均可以表达。而在中是One-to-One。

(3) 在OGSI中不能使用现有的Web服务工具, WSRF采用了标准XML Schema, 融入Web服务标准, 在目前的开发环境下, 使其实现更为简单。

确了其目标是允许Web服务操作对状态资源进行管理和操纵。

(5) OGSI中的Factory接口提供了较少的可用功能, 在WSRF中定义了更加通用的WS-Resource Factory模式。

(6) OGSI中的通知接口不支持通常事件系统中要求的和现存的面向消息的中间件所支持的各种功能, WSRF中规范弥补了上述的不足, 从广义角度来理解通知机制, 状态改变通知机制正是建立在常规的Web服务的需求之上。

(7) OGSI在一个定义中, 没有清晰的功能划分, 以支持增量的发展;WSRF将OGSI v1.0功能分成一个可合成定义的家族, 明确具体任务中所需的组件, 在WSRF中通过将功能进行分离, 使之简化并拓展了组合的伸缩性。OGSI中太多的“面向对象”, WSRF将服务和服务操作的状态资源明确区分开。

对于WSRF而言, 其规范还需在实践中逐步丰富完善。基于OGSA和WSRF的服务网格平台和规范协议, 将最终成为下一代互联网的基础设施, 所有的应用都将在网格的基础平台上得以实施。当然也有一些非主流网格体系结构, 如基于代理的网格体系结构、基于对象模型的网格体系结构等。

2 结束语

网格体系结构是网格的骨架和灵魂, 是网格技术中最核心的部分。本文通过对三种主流网格体系结构的讲述, 有利于建立一个网格的整体性认识, 有利于更好地把握网格的核心技术和整体特征, 它对设计和开发高效实用的网格系统提供基础。随着时间的推移, 网格体系结构和网格技术会更加成熟和发展。

参考文献

[1]网格体系结构概述.http://www.ibm.com/developerworks/cn/grid/gr-fann.2006.

[2]都志辉, 陈渝, 刘鹏.网格计算[M].北京:清华大学.2002.

[3] (美) Ian Foster, Carl Kesselman The Grid2:Blueprint for a New Computing Infrastructure Morgan Kaufmann.2006.

[4]刘鼎鼎.网格体系结构及其Portal应用研究[J].电子科技大学.2006.1.

[5]桂小林.网格技术导论[M].北京:北京邮电大学出版社.2006.

[6]赵念强, 鞠时光.网格计算及网格体系结构研究综述[J].计算机工程与设计.2006.

结构化网格 篇5

复杂外形三维非结构粘性直角网格的生成

在保证非结构网格逻辑关系不变的条件下,采用光顺、投影、分层加密的方法,解决直角网格物面不贴体的`难点,建立三维非结构贴体直角网格生成系统,以适应粘性流场和湍流的计算,同时对自适应网格的流场计算进行研究.对航空航天领域几类复杂外形飞行器进行了三维非结构贴体直角网格的生成.

作 者：李盾 Li Dun 作者单位：航天科技集团公司第十一研究院,北京,100074刊 名：计算机与数字工程 ISTIC英文刊名：COMPUTER AND DIGITAL ENGINEERING年，卷(期)：35(3)分类号：V2 TP3关键词：直角网格 贴体 自适应 复杂外形

某网格结构节点位移监测与分析 篇6

本网格结构是对钢筋混凝土结构的外围保护的钢结构,位于广州市珠江新城。该工程是广州歌剧院多功能厅。外围护钢结构为空间组合折板式三向斜交网格结构,该结构由38个三角面组成。长向投影距离87.6 m,短向投影距离86.7 m,高度22.3 m。网格落地处设置收边钢环梁,搁置在球形支座上,另在内部设置了多个球型钢支座,支撑在混凝土结构上。其中4号,5号,9号,14号,19~25号节点与球型刚支座相连。钢结构主梁、次梁均采用焊接箱型截面,主梁与主梁交接处采用铸钢节点。共有25个铸钢节点,其中空中的有18个铸钢节点,接地的有7个铸钢节点。在施工安装的过程中,1、2、6、7、10、11、12、15、16号铸钢节点由胎架支撑。胎架的结构形式是钢结构格构式。

2 试验仪器的选择与原理

位移和挠度的检测的仪器一般用百分表,其精度满足一般的试验要求,但根据试验现场的条件,节点太高,安装百分表不适合。因此,采用全站仪对铸钢节点的位移监控。为了减小误差,采用不测全站仪高度的方法[1]。

在铸钢节点上贴一块激光片作为该铸钢节点的测点,结构的四周布置基准点。使用全站仪,以基准点作为测站,对激光片进行观测,读取激光片十字丝交叉处的坐标值。该激光片拆除胎架前后的坐标差值视为该铸钢节点的位移变化量。

3 有限元模型

主梁断面760~1 500 mm×4 00 mm;次梁断面750 mm×250 mm。球型支座共有58个,其中多数为固定铰支座,转角处为了释放水平力采用平面滑动支座。节点与构件,构件与构件的联接方式是四面围焊,定义节点为刚性。4、5、9、14号铸钢节点与其内部主体结构铰接,主体结构提供竖向的力。模型见图1。

在全部的焊缝焊接完毕,拆除胎架的情况下,对空中的17个铸钢节点的位移进行观测。检测的结果与SAP2000计算的值进行对比,得出结构在自身重力的作用下铸钢节点位移的规律,判断节点位移对结构稳定性影响,其结果详见表1。

4 位移结果比较与分析

4.1 实测结果与模拟结果比较

实测坐标采用当地规划设计院提供的坐标。在结构的周围建立平面控制网,控制网为四等网。SAP2000计算出来的节点位移的坐标与实测坐标不一致。经坐标转化后,X为N方向,Y为E方向,Z为竖直方向。5号节点因视线的原因不能对其观测。

4.2 实测结果与模拟结果分析

除18号节点Z方向,位移最大误差是15.6%。全站仪的精度为0.1 mm,18号节点Z方向的计算值只有0.03 mm,也就是说全站仪所测的值反应不了18号节点Z方向的增量。撤去胎架后,结构在重力的作用下,结构竖直方向的位移方向向下,这与实测值基本吻合。结构是不规则的结构,形心轴与重心轴不是同一轴,由此,结构在重力的作用下,产生了偏心力,这偏心力产生的弯矩使结构在水平面出现了位移,同时支座也对结构的位移有影响。这样就解释了各节点X,Y方向位移的偏向基本一致(1~17号节点X方向的位移为正N方向,虽18号节点的位移是负N方向,其值很小。1~7号,9~10号节点的位移为负E方向,只有8号节点的Y方向的位移为正E方向)。与支座越近,节点位移越小,这在表一中得到了体现。8号节点是离两边的支座最远的,其位移也是最大的。

拆除胎架的过程既是改变结构的约束,也是逐渐释放结构自身重力逐渐加载的过程。结构的稳定是拆除胎架过程中关键的问题。稳定是结构所处的一种状态,分3类:1)结构体内的几何稳定;2)结构受外部约束后的稳定,及约束的充分性;3外部约束的充分的弹性或弹塑性稳定[2]。本次施工的过程是结构受外部约束后的稳定,施工完毕后是结构体内的几何稳定。拆除的方式不是间隔节点拆除,而是结构的两边按边先后拆除。这更需要试验人员的精确计算才行。同时需要一种合理解释位移产生的原因。一种能比较广泛地被接受的解释是:失稳发生意味着稳定平衡向不稳定平衡的转移而达到一个新的稳定的平衡。所以人们刻意寻求可能发生平衡转移的那个瞬间或状态,即临界状态。同时,人们的兴趣也就理所当然地集中在稳定平衡或不稳定平衡的定义及其判断。至此,可以对失稳作这样的定义,即结构的失稳是处于高位能的结构由平衡的临界状态随着能量的释放向稳定平衡状态运动的过程[2,3]。所以说结构在除掉胎架的约束,需要一个新的平衡状态,结构节点位移是结构能量的释放的一种方式。

5 结 语

本次对节点的观测是拆除胎架全过程的观测。不仅仅是数据的采集,还是对拆除胎架全过程的监控。通过对该网格结构的铸钢节点位移观测和有限元分析,得到如下结论:

a.拆除胎架的过程和拆除完毕后铸钢节点位移没有出现较大的突变。但是7、8号铸钢节点的位移较大,值得注意。

b.距离支座的越大,位移越大。7、8号铸钢节点的位移基本上要比其他铸钢节点的位移大3倍以上,应该对这2个节点进行约束。建议将这2个节点与网格结构内部的土建结构连接,约束这2个节点。

c.结构是空间结构,应该给于结构整体稳定性首要重视。拆除胎架后后,结构稳定。

结构是多次超静定结构,相连节点出现了相对的位移,势必对杆件的内力会重新分布,对结构的稳定性有着不利的影响。即位移过大,会造成结构的失稳。节点位移的监测是施工过程中重要的一个环节。

参考文献

[1]曾绍明,杨淑靖.空间网壳的位移观测[J].测绘技术装备,2003,4(5):31-32.

[2]钱若军,王建,曾银枝.网壳结构稳定分析的建模[J].建筑结构学报,2003,24(3):10-15.

几种网格结构造型的算法设计 篇7

网格结构是由很多杆件从两个方向或几个方向按一定的规律布置, 通过节点连接而成的一种网状空间杆系结构。外形呈平板状的称为平板网架, 简称网架;外形呈曲面状的称为曲面网架, 简称网壳。网格结构空间刚度大, 整体性和稳定性好, 有良好的抗震性能和较好的建筑造型效果, 适用于各种支承条件和各种平面形状、大小跨度的工业和民用建筑。现在网格结构曲面外形越来越复杂, 研究网格结构造型的算法对于网架的计算是十分有必要的。MATLAB是一个功能强大、编程简单的软件, 用它可以实现数字与图形的完美结合。本文用MATLAB来实现一些常用网格结构的编程思想以及这些图形的绘制。

1网格结构的算法

网格结构主要是由三部分杆件组成:上弦杆, 下弦杆和腹杆。网格结构都由这些最基本的单元组成, 要生成一个网格结构, 首先要找到它的基本单元, 然后把这些单元按照一定的顺序进行阵列, 就生成了网格结构。上述过程是本文网格结构生成的编程思想。

1.1 平面网架结构

平面网架结构分为很多种, 这里只以两向正交正放网架为例进行介绍。

平面网架结构主要由三部分构成, 分别为下弦杆、腹杆、上弦杆。下面具体介绍它的生成过程:

1) 下弦杆与腹杆生成一个单元体, 具体方法为:先确定这个单元体各个顶点的坐标, 然后把这些坐标按照一定的顺序相连就生成一个网架结构的子单元了, 用一个简单例子来说明这个单元的生成过程。这个单元由5个节点组成, 假设这5个节点为1, 2, 3, 4, 5, 坐标分别为1 (0, 0, 0) , 2 (1, 0, 0) , 3 (1, 1, 0) , 4 (0, 1, 0) , 5 (0.5, 0.5, 1) , 这5个节点组成一个基本单元, 用MATLAB生成这个单元的命令为:

x=[0 1 0.5 0 0 0.5 1 1 0.5 1 0]

y=[0 0 0.5 0 1 0.5 1 0 0.5 1 1]

z=[0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0]

plot3 (x, y, z)

生成图形见图1。

如图1所示中的一个四边形是下弦杆组成的, 四个三角形是腹杆组成的, 然后把这个基本单元进行x方向与y方向阵列命令为:

for i=0:1:10

for j=1:1:11

x=[0+i 1+i 0.5+i 0+i 0+i 0.5+i 1+i 1+i 0.5+i 1+i 0+i]

y=[0+j 0+j 0.5+j 0+j 1+j 0.5+j 1+j 0+j 0.5+j 1+j 1+j]

z=[0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0]

hold on

plot3 (x, y, z)

end

end

就完成了下弦杆与腹杆的生成 (见图2) 。

2) 生成上弦杆, 先确定上弦杆件的一个子单元的坐标 (其实上弦杆的坐标为图1中四个三角形顶点相交的位置) , 然后把这几个点相连就生成上弦杆件的一个子单元, 那上面这个例子的子单元生成为:

x=[0.5 1.5 1.5 0.5 0.5]

y=[0.5 0.5 1.5 1.5 0.5]

z=[1]

plot3 (x, y, z)

生成图形见图3。

然后把这个基本单元进行x方向与y方向阵列就生成了一个网架的上弦杆件 (命令与生成下弦杆与腹杆的命令相似) 。

把上面两个命令合在一起就可以生成一个完整网架 (见图4) 。

其他一些平面网架结构也可以用这种方法实现。比如:正方抽空四角锥网架, 斜放四角锥网架, 星形四角锥网架, 蜂窝状三角锥网架等。

1.2 圆形网壳结构

圆形网壳结构也由三部分组成, 分别为:上弦杆、下弦杆、腹杆。下面介绍它的生成过程。

具体方法为, 先确定这个单元体各个顶点的坐标, 然后把这些坐标按照一定的顺序相连就生成一个网架结构的子单元了, 用一个简单例子来说明这个单元的生成过程。

这个单元由4个节点组成:

1 (100*cos (0) 100*sin (0) 0)

2 (100*cos (pi/12) 100*sin (pi/12) 0)

3 (90*cos (pi/24) 90*sin (pi/24) 2)

4 ( (100*cos (0) +100*cos (pi/12) +90*cos (pi/24) ) /3 (100*sin (0) +100*sin (pi/12) +90*sin (pi/24) ) /3 3) )

然后再按照一定顺序把这些点连接起来, 连接顺序为:

x=[1,2,3,4]。

y=[1,2,3,4]。

z=[1,2,3,4]。

其中, x中的1代表一点的x坐标, 同理可得y, z坐标, 生成的图形见图5。

把图5中的单元沿圆形网壳的环向与纵向阵列生成结果见图6。

生成上弦杆, 先确定上弦杆件的一个子单元的坐标 (其实上弦杆的坐标为图5中3个三角形顶点相交的位置) , 然后把这几个点相连就生成上弦杆件的一个子单元, 那上面这个例子的子单元生成为:这个子单元节点为图5中4个三角形的顶点, 这4个顶点坐标可以很容易求得, 把这4个顶点相连就得到上弦杆了, 与图3相似的图形。然后再把这个基本单元进行x方向与y方向阵列就生成了一个网壳的上弦杆件 (命令与生成下弦杆与腹杆的命令相似) 。

把上面两个命令合在一起就可以生成一个完整网壳, 见图7。

1.3 空间曲面网壳结构

空间曲面网壳结构和其他网格结构一样也都是由基本单元组成, 然后通过这些基本单元阵列成空间曲面形式。但是它也有自己独特的一方面, 这一方面就是应用到了几何中映射方法。

映射方法在这里的应用方式就是把xoy平面的基本图形, 如圆形矩形根据一定的对应法则, 在z方向变化为一个空间复杂曲面。

以马鞍形空间曲面为例, 它在xoy坐标下投影为一个椭圆环使其z轴坐标变成的函数式为:z=0.1× (x^2/10-y^2/20) , 那就实现了椭圆环平面图形转化成为空间的马鞍形图形。

再生成图8的基本单元和图5相似生成过程与网壳结构相似 (只是z有所改变) 。

图9生成过程与平面网架结构相似, 参考平面网架结构生成方法。

用这种方法可以生成其他一些空间曲面网壳如:椭圆锥面, 椭球面, 单叶双曲面, 双叶双曲面, 椭圆抛物面, 双曲抛物面。

2结语

通过网结构的算法实现, 让我们了解了网格结构的生成过程, 对网格结构的设计计算提供了一些参考方法。采用这种建模方式不但可以建造在实际中常用的网架网壳模型, 而且对于一些空间曲面模型亦可以很好的建立出满意的模型。

摘要：根据网格结构形状的特点, 发现其形状可以由其基本单元通过在一些方向上的阵列展开生成, 据此, 采用MAT-LAB软件编程演示了一些网格结构生成过程, 取得满意效果, 并指出其算法可以进一步应用于网格结构的力学计算。

关键词：网格结构,算法设计,MATLAB,阵列,基本单元

参考文献

[1]张毅刚.大跨空间结构[M].北京:机械工业出版社, 2005.

[2]陈绍蕃.钢结构 (下册) :房屋建筑结构钢结构设计[M].北京:中国建筑工业出版社, 2003.

[3]于万波.基于MATLAB的计算机图形与动画技术[M].北京:清华大学出版社, 2007.

[4]JGJ 7-91, 网架结构设计与施工规范[S].

结构化网格 篇8

1 网格结构测点优化布置算法

就目前的研究可知,结构测点的布置方案一般有:模态动能法、原点留数法[2]、有效独立法(Kammer[3]在1991年提出)、特征向量乘积法等。李东升等[4]指出,对一个具体结构使用以上几种方法进行测点布置,各种方法和评价准则各有侧重,很难明确地比较出哪种方法更优。因此,依据实验目的和结构特点,本文通过以下两种方法综合考虑解决了空间网格结构测点布置的问题。

1)基于节点应变能参与系数的测点布置方法

本文在以上传感器布置方案的基础上,结合被研究结构的特点和研究目的,提出基于节点应变能参与系数的测点布置方法。空间网格结构是由众多的杆件和节点连接在一起,杆件与节点之间的连接视为只受轴力作用的铰接连接。由材料力学公式知杆件的应变能可表示为[5]:

式中:Eij为第j个杆件在第i阶振型下的应变能;Fij为第j个杆件在第i阶振型下的轴力;Δlij为第j个杆件在第i阶振型下的变形。

根据应力和应变的关系将式(1)进一步推理,可得:

式中:lj和Aj分别为第j个杆件的长度和截面面积;E为杆件的弹性模量。

本文提出基于应变能参与系数的网格结构测点布置方法,定义第j个杆件在第i阶振型中的应变能参与系数βij为:

式中:m为结构中的杆件总数。

如果结构中某一个杆件有较大的应变能,则该杆是该阶振型中的敏感杆件,该阶振型和频率对此杆件的变化比较敏感。所以,拥有较大应变能杆件的节点的振型分量相对于振幅来说也较大,也就更容易检测到动态信号。因此选这样的点作为测点布置传感器能取得比较满意的测量效果。由于一个杆件由两个节点连接在整个结构中,将杆件的应变能转化到节点上时,应将该杆件的应变能平均转化到两个节点上,所以第p个节点在第i阶振型中的应变能参与系数βpi为:

式中:k为与节点p相连的杆件数。

令βi为第i阶振型中节点应变能参与系数的平均值,则

式中:h为结构中总的节点数。

近似地认为:当βpi大于βi时,P节点为该阶振型中的敏感节点,可以作为测点的考虑对象。

2)基于振型分量的大小和方向考虑测点的布置

即便按照节点应变能参与系数的大小来确定测点,得到的对振型较敏感的节点还是很多。在上述取点方法的基础上,考虑那些振型分量幅值较大的点。采用由Leuven和Belgium[6]提出以NMD(正则化模态位移)来衡量振型分量的大小。i阶振型下DPRs的计算公式为:

式中:ωi为i阶振型对应的共振圆频率;φi(j)为i阶振型在节点j处的振型分量。

DPRs的平均评估比较准则为

式中:m为给定频率段内的振型数目;j为节点的编号;i为振型阶数;为正则化的DPRs。

下面以一个螺栓球节点网壳结构模型来说明测点的布置方法。

2 网壳结构动力检测时测点布置方案的数值分析

本文以一螺栓球节点网壳结构缩尺模型(60个节点和174个杆件)为研究对象,节点和杆件编号见图1。结构平面尺寸为2 m×5 m,杆件截面为φ42 mm×2.5 mm,材料为Q235钢,弹性模量E为200 GPa,网壳结构所受静荷载为0.2 kN/m2,活载为吊车荷载,作用在各个吊点上(各个工况见表2),不考虑积灰荷载、雪荷载和风荷载,只考虑实际荷载、自重和设备重量,将杆件的自重等效到各个节点上。

由于有限元建模与实际模型有偏差,因此为了让有限元分析结果与实际试验结果的动力特性相一致,应首先对模型进行修正,即实测结构的动力特性与数值分析的结果相吻合。由于篇幅原因,本文假定已完成模型修正,然后利用SAP2000对各个工况的模态进行分析[7](前3种工况下前4阶频率见表2)。

由于该结构为对称结构,利用式(3)、式(5)计算前三种工况下前4阶杆件应变能参与系数和节点应变能参与系数。由于本模型杆件数和节点数较多,这里只将前三种工况下节点应变能参与系数和平均值示于图2、图3、图4的柱状图中。

由表2、图2、图3、图4分析可知:1)结构在同一阶、不同工况下的自振频率变化不大(2%以内),若实验实测,由于噪声的影响会掩埋这些差别;2)同一节点在不同振型下的节点应变能参与系数不同,说明该节点对各阶振型的敏感程度不同;3)同一节点在同一振型、不同工况下,其节点应变能参与系数变化不大,这可从1)不同工况下结构各阶的自振频率变化不大中得到印证,因此后续分析时可以选取其中一种工况来确定测点的布置方案;4)结合前三种工况,选出节点应变能参与系数大于平均值的节点作为测点的初步布置方案,即初步优化结果见表3。

本模型为网壳结构,不同于平板结构(振型以竖向为主),所以节点在X、Y、Z三个方向都有位移,因此所选的测点在三个方向上都有。由于吊点位置的不同对结构的动力特性影响不是很大,因此这里只分析工况1各个节点的振型分量。由式(6)、式(7)得出节点在各阶振型下的正则化振型分量(见图5),选出NMD值较大的节点,结合表3得到最终的优化结果见表4。

3 结论

1)利用本文提出的测点布置方法对设备激励下网格结构测点的布置能达到一定的效果。但本文基于的理论适用于单个杆件应变能的计算,在整体结构中其节点应变能参与系数与正则化振型分量在反映节点敏感程度上存在一定的差异,这种差异是由于没有考虑各个杆件在整个结构中的位置而导致的。

2)通过与吴金志[8]分析的焊接球网壳结构测点优化布置的结果相比较,由于本模型支座较少只有4个(吴的模型支座有10个),分析结果显示本模型较柔,三个方向振型分量都较大,因此选取的测(上接第12页)点分布在各个方向,其中X方向测点较多(16个)。说明支座的类型影响测点的布置。

3)本文是对设备激励下网格结构动力检测时传感器布置方法的研究,进行模态分析时分别考虑吊车荷载的吊点在不同位置起吊,各工况下结构的自振频率变化不大,因此对于有吊车荷载作用的对称的网格结构不用分别考虑不同吊点作用下结构自振特性的影响。

4)对于网格结构,由于节点数和杆件数较多,相对于节点数和杆件数少的结构[9],其节点应变能参与系数较小,这样得到的测点的敏感程度不如后者强,且测点的布置数目和布置方向也较多。

摘要：在对空间网格结构进行动力检测和损伤识别时需要掌握结构的动力特性,空间网格结构由于杆件数和节点数比较多,在进行动力检测时对结构所有的点都布置传感器显得不经济,从而需对测点的布置进行优化。基于应变能理论提出将杆件应变能参与系数转化到节点上,通过比较节点应变能参与系数的大小以及正则化振型位移分量的大小来确定空间网格结构测点的布置方案,旨在为以后同类型结构动力检测及健康监测时传感器的优化布置提供一定的参考。

关键词：空间网格结构,测点布置,节点应变能参与系数,正则化振型分量

参考文献

[1]董晓马,著.智能结构的损伤诊断研究及传感器优化配置[M].郑州:黄河水利出版社,2008.103-128

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[3]瞿伟廉,等.基于神经网络的大型空间网架结构的有限元模型修正[J].地震工程与工程振动.2003,23(4):83-89

[4]李东升,张莹,任亮,等.结构健康监测中传感器的布置方法及评价准则[J].力学进展.2011,1.41(1):39-50

[5]孙训方,等编.材料力学(Ⅰ)第四版[M].北京:高等教育出版社,2008.21-24

[6]Dynamic Design Solutions NVInc FEM tools user's guide[M].Leuven,Belgium:Dynamic Design Solution NVInc,2000.56-69

[7]北京金土木软件技术有限公司编著.SAP2000中文版使用指南[M].北京:人民交通出版社,2012.289-309

[8]吴金志.基于动力检测的网格结构损伤识别研究[D].北京:北京工业大学,2005.74-78

结构化网格 篇9

关键词：网格结构,极限荷载,破坏原因

空间网架结构的平板网架是1940年在德国建造的。近二十余年来, 各种类型的大跨空间结构在美、日、欧等发达国家发展很快。建筑物的跨度和规模越来越大, 目前, 尺度达150m以上的超大规模建筑已非个别;结构形式丰富多彩, 采用了许多新材料和新技术, 发展了许多新的空间结构形式。

我国虽然尚是一个发展中国家, 但由于国大人多, 随着国力的不断增强, 要建造更多更大的体育、休闲、展览、航空港、机库等大空间和超大空间建筑物的需求十分旺盛, 这是我国空间结构领域面临的巨大机遇。随之而来的是如何解决网格结构极限荷载状态下, 网格结构破坏的动态过程和主要决定因素。以确定量化指标 (数据) , 而指导技术工作, 确保安全储备, 降低工程造价。达到精细化设计, 施工的国内先进水平。通过研究找出网格结构极限荷载作用下破坏的主要因素, 确定出相关构件, 部位, 形态, 破坏方式等, 以供设计工作者及生产单位在设计及生产过程中加以强化规避, 从而确保网格结构工程质量安全可靠。主要技术内容方向较少有针对网格结构单向构件极限破坏分析, 应对网格工程精细化设计, 施工, 降低工程成本, 确保结构安全度具有深远现实意义及历史意义。

1 网格结构极限荷载下的破坏研究主要内容

根据空间网架结构, 在规定跨度下, 规定网格, 规定矢高, 规定支座约束及相对应的各种荷载作用下, 《MSGS空间网格结构分析设计软件》进行各种数量级的大量计算, 首先建立网架结构模型, 并对各种构件进行统计分析, .网格结构极限荷载下的破坏, 拟解决易发生破坏的配件规格质量, 破坏点位置及关键部位, 动态状况等。从中找出各种结构构件的规格数量的变化, 同各种外部条件变化的关系。通过数学模型的统计计算, 从中得出极限状态荷载破坏条件下下的计算参数。

2 网格结构极限荷载下的破坏解决问题

2.1 网格结构极限荷载下的破坏, 拟解决易发生破坏的配件规格质量, 破坏点位置及关键部位, 动态状况等。

2.2 通过计算解决极限荷载状态下, 网格结构破坏的动态过程和主要决定因素。以确定量化指标 (数据) , 而指导技术工作, 确保安全储备, 降低工程造价。达到精细化设计。

3 采取的研究方法

3.1 确定网格结构尺寸范围 (跨度, 矢高, 长度, 节点类型) 。

3.2 通过《MSGS空间网格结构分析设计程序》计算确定结构模型。

3.3 通过多个梯次加荷载计算分析网格结构挠度变化趋势, 结构配件规格变化动态趋势及结构模型内力变化情况。

3.4 通过数据统计找出变化规律。

3.5 初步确定结果。

3.6 根据结果进行网架实际模型设计设计, 出图。

3.7 加工制作, 拼装成型。

3.8 分级加荷测量。

3.9 对结果进行整理分析。

3.1 0 总结得出结论。

4 网格结构极限荷载下的破坏研究过程

建立结构受力模型, 结构模型所覆盖的研究范畴。拟采用中国建筑科学研究院开发的《MSGS空间网格结构分析设计程序》2013板软件进行建模, 计算分析。设计网架图纸, 根据图纸制作网架结构构件, 并进行组装形成模型, 然后逐级加载, 实验分析。选择最具代表性的网架结构方案、建立模型 (网架实体) 进行实际加荷实验并记录进行分析验证。

5 结论

根据一定跨度下的相同网格尺寸, 不同网架矢高, 相同支座约束及不同荷载作用下的计算机辅助设计, 从而得到相应数据, 以达到解决极限荷载状态下, 网格结构破坏的动态过程和主要决定因素。以确定量化指标 (数据) , 而指导技术工作, 确保安全储备, 降低工程造价。达到精细化设计, 施工的国内先进水平。

国内近几年刚刚有一些设计和施工单位因看到其前景广阔, 开始投入资金和人力加以研发。其结论的潜在用户是全国各工业与民用设计单位及钢网架结构生产施工单位、建设单位、建设监理单位及咨询单位亦可作为项目可行性研究的投资计算依据, 亦可促进大跨网架结构方案的科学性、合理性、适用性。

参考文献

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[6]孙云.预应力加固钢结构的理论分析与设计计算研究[D].南京:东南大学, 2004.

[7]顾德敏, 王爱国.某游泳跳水馆钢屋盖结构自振特性和风振动力响应分析[J].钢结构, 2002, 5.

钢网格框架墙的设计与结构的试验 篇10

关键词：滞回曲线,盒式结构元,装配整体式

试验主要分析了装配整体式钢网格框架墙的滞回耗能能力, 并与理论分析作对比分析, 试验证明此种新型钢结构承重外墙结构在往复荷载作用下具有良好的承载能力, 耗能能力以及变形恢复能力, 抗震性能良好。试验中梁端及柱端截面处的应变值、整榀框架墙的荷载—位移滞回曲线及骨架曲线与有限元分析的数值吻合的均较好。组成装配整体式钢网格框架墙的所有承重结构体系分单元在工厂焊接, 工地现场采用高强螺栓连接, 装配整体式网格式墙架与钢空腹夹层板连接形成空间钢网格盒式结构新体系。

1 试件设置

试验以装配整体式钢网格框架墙为研究对象。试验主要研究该框架墙抗震性能。本文进行了单个试件的试验研究, 以框架墙仿真尺寸进行试件设计, 图1为试件的几何尺寸及各构件单元 (图1中A、B、C单元) 的截面尺寸。由图1可知, 该墙架柱采用焊接工字钢, 每根墙架柱截面均相同, 它沿高度的拼装点均为网格中部。在距柱脚1m、2m处分别布置相同截面的焊接工字梁, 在距柱脚3.82m、4.5m处分别布置焊接T型梁。工字梁及T型梁的连接点亦在网格中央 (反弯点) , 即沿高度为三个拼装单元, 即图1所示的A拼装单元、B拼装单元和C拼装单元。限于试验现场条件, 沿水平方向布置4根墙架柱, 每1.8m一根, 即整个构件水平方向长度3×1.8m=5.4m, 由4个拼装单元组成。A、B和C单元均在钢构工厂进行焊接加工, 每个单元的重量都比较轻, 然后运送至试验现场, 再自下而上于梁、柱拼接点处采用双拼板摩擦型高强螺栓连接完成整个模型的加工。其中所有钢构件均采用Q345钢材, 拼接节点处螺栓根据等强连接原理, 经计算后采用M16、M18、M20、M22及M27共5种型号的10.9级扭剪型高强螺栓。

2 试验主要结果分析

本文将试验结果与有限元分析结果结合起来进行对比分析, 采用通用有限元软件ANSYS对该装配整体式钢网格框架墙模型进行模拟分析。根据试验观测将该框架墙高强螺栓连接节点简化为刚接, 即在有限元分析时不考虑螺栓的滑动对结构受力的影响。梁柱构件均采用BEAM188单元进行模拟。墙架的柱脚依据试验模型的实际情况, 在有限元分析中通过约束柱脚底板中心的单元节点进行模拟。材料采用双线性等向强化模拟, 泊松比取为0.3, 采用von Mises屈服准则。钢材的应力-应变关系假定为理想弹塑性, 屈服强度取为345MPa。

利用有限元模型进行了滞回分析。从荷载-位移曲线、骨架曲线、梁端应变及柱端应变数值4个方面同试验结果进行比较, 因钢网格装配整体式框架墙自身为轴对称结构, 故本文只取一侧框架墙上的梁柱节点应变数值进比较。

3 试验现象

试验中墙架的变形如图2所示。钢框架的承载力-变形过程为:

当框架墙顶点正反向水平位移均小于30mm (即相对变形为h/150, h为墙高) 时, 钢框架的各个构件均未发现明显的屈服现象, 应变片的数值可以发现钢框架处于弹性工作状态;当框架墙顶点正反向水平位移达到30mm (即相对变形为h/150) 时, (1) 截面及 (3) 截面处的T形梁开始出现屈服, 应变片的数值可以验证这一现象。此时钢框架墙水平荷载为正反10k N左右;当框架墙顶点正反向水平位移达到40mm (即相对变形为h/112.5) 时, (2) 截面及 (4) 截面处的T形梁开始出现明显屈服, 应变片的数值可以验证这一现象。此时水平荷载为正反14k N左右;当框架墙顶点正反向水平位移达到45mm (即相对变形为h/100) 时, (7) 截面处的工字梁开始出现明显屈服, 应变片的数值可以验证这一现象。同时应变片数值还可以发现, 此时钢框架墙 (13) 截面及 (14) 截面处的H形框架柱开始屈服。此时水平荷载为正反16k N左右;当框架墙顶点正反向水平位移达到50mm (即相对变形为h/90) 时, (5) 截面及 (6) 处的工字梁开始出现屈服, 应变片的数值可以验证顶部T形梁面外屈曲图现象。同时还可发现此时框架墙顶部 (1) 截面与 (2) 截面之间的T形梁发生了比较明显的面外屈曲, 此时水平荷载为正反18k N左右;此后随着框架墙顶水平位移的增大, 在框架墙的柱脚及其他截面处相继出现屈服现象, 而且框架墙顶部 (1) 截面与 (2) 截面之间的T形梁以及 (3) 截面与 (4) 截面之间的T形梁均呈现出明显的面外屈曲变形。

4 结语