钢筋混凝土梁冲击动力响应和破坏模式转化试验研究

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作者 宋春明 钟家和 +2 位作者 徐吉威 吴学志 程怡豪 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期130-148,共19页

随着结构配置和冲击能量等主要影响因素的变化,钢筋混凝土梁的冲击动力响应和破坏模式会发生转化。开展不同配置的钢筋混凝土梁的落锤冲击试验,综合测量获得冲击力、支座反力、钢筋与混凝土应变、冲击局部与结构整体变形等参数,重点分... 随着结构配置和冲击能量等主要影响因素的变化,钢筋混凝土梁的冲击动力响应和破坏模式会发生转化。开展不同配置的钢筋混凝土梁的落锤冲击试验,综合测量获得冲击力、支座反力、钢筋与混凝土应变、冲击局部与结构整体变形等参数,重点分析不同混凝土强度、不同纵筋/箍筋配置以及不同冲击速度对钢筋混凝土梁的动力响应以及破坏模式的影响规律。试验表明:低速撞击下钢筋混凝土梁的位移峰值、残余位移随冲击速度的提高而增大,均与冲击动能与极限静承载力之比存在近似线性关系;混凝土强度越高、纵筋配筋率越高,相同冲击条件下梁所受的撞击力峰值越大,但整体位移响应越小;配箍率的变化对结构的局部响应和整体响应的影响均较小;结构受到撞击时剪切效应在前,弯曲效应在后,斜裂缝先于垂直裂缝出现;依据结构的破坏极限状态,判断梁在冲击作用下存在的弯曲破坏、弯剪破坏、剪切破坏和冲切破坏等4种破坏模式,结果表明:相同结构配置条件下,随冲击速度的不断提高,钢筋混凝土梁由弯曲破坏向弯剪破坏、剪切破坏和冲切破坏转化;冲击速度相同时,提高混凝土强度、配箍率或降低纵向钢筋配筋率,梁的破坏模式逐步由冲切、剪切破坏向弯曲破坏模式转化。结构的冲击破坏模式及其转化规律能够为结构的抗撞设计与防护提供参考。 展开更多

关键词 钢筋混凝土梁 落锤试验 动力响应 破坏模式 冲切破坏

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大范围着速下混凝土靶抗冲击试验研究综述 被引量：11

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作者 程怡豪 王明洋 +2 位作者 施存程 李浪 孙敖 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第4期616-625,637,共11页

为了评估混凝土材料的抗冲击侵彻性能,基于既有的试验结果在4个冲击速度区间内围绕混凝土靶的破坏特点及若干要素对靶体行为的影响规律展开论述.总结2种主要的速度分区思路,建议综合考虑材料动力学响应特征和表观侵彻现象的4个速度区间... 为了评估混凝土材料的抗冲击侵彻性能,基于既有的试验结果在4个冲击速度区间内围绕混凝土靶的破坏特点及若干要素对靶体行为的影响规律展开论述.总结2种主要的速度分区思路,建议综合考虑材料动力学响应特征和表观侵彻现象的4个速度区间,按照从低速到超高速的顺序展开论述：在低速区间内（撞击速度不超过40m/s）简要介绍梁、柱、板壳的破坏模式,中速区间内（撞击速度为40~1 000m/s）论述弹靶相对尺寸、粗骨料、单轴抗压强度和钢筋对混凝土厚靶侵彻效应的影响,高速区间内（撞击速度为1.0~2.0km/s）描述半流体转变速度和成坑效应,超高速区间内（撞击速度超过2km/s）描述密度效应占主导的流体侵彻行为.对未来混凝土材料侵彻效应的研究提出若干建议. 展开更多

关键词 混凝土 冲击 侵彻 速度区间

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深地下工程模型试验加卸载装置的研制 被引量：4

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作者 李浪 王明洋 +3 位作者 范鹏贤 程怡豪 李治中 蒋海明 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第1期297-304,共8页

考虑地质力学模型试验的边界条件:一是等位移边界条件,二是等应力边界条件。由于深部岩体介质具有储能特性,在进行深地下地质力学模型试验时,模型边界应设置于弹性区,除满足试验模型表面均匀应力场条件外,需更多考虑加载边界处试验装置... 考虑地质力学模型试验的边界条件:一是等位移边界条件,二是等应力边界条件。由于深部岩体介质具有储能特性,在进行深地下地质力学模型试验时,模型边界应设置于弹性区,除满足试验模型表面均匀应力场条件外,需更多考虑加载边界处试验装置的整体刚度,其能及时补给模型因开挖卸荷导致围岩回弹所需的能量,并提供一回弹刚度,边界上应力可随此刚度进行调节。探讨并分析了试验装置刚度对围岩破坏模式的影响,分别以弹性模型和弹塑性模型计算了卸荷时围岩的回弹刚度。将碟簧引入加载框架,并对碟簧系统进行设计,通过试验对碟簧系统刚度进行验证。研究表明,该新型加卸载试验系统能更精确地模拟深部岩体原始属性,可适用于深地下工程地质力学模型试验。 展开更多

关键词 地质力学模型试验 碟型弹簧 边界条件 刚度 深部岩体 试验装置

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爆炸震动下钢板屏蔽室动力特性及屏蔽效能实验 被引量：1

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作者 卢红标 程怡豪 +2 位作者 严东晋 邱艳宇 陈彬 《解放军理工大学学报（自然科学版）》 EI 北大核心 2012年第4期408-413,共6页

为研究钢板屏蔽室在爆炸震动条件下的综合性能,通过野外埋设TNT炸药爆炸震动实验,研究了爆炸震动下焊接式和拼装式钢板屏蔽室的动力特性和屏蔽效能。实验结果表明,焊接式钢板屏蔽室结构强度高、刚度大、变形小,屏蔽效能下降较少;拼装式... 为研究钢板屏蔽室在爆炸震动条件下的综合性能,通过野外埋设TNT炸药爆炸震动实验,研究了爆炸震动下焊接式和拼装式钢板屏蔽室的动力特性和屏蔽效能。实验结果表明,焊接式钢板屏蔽室结构强度高、刚度大、变形小,屏蔽效能下降较少;拼装式屏蔽室结构强度较低、刚度较小、变形较大,在爆炸震动加速度达到70～80m/s2时,出现局部钢板塑性变形、部分锡焊点脱焊等局部损伤现象,使屏蔽效能显著下降。因此,防护工程中使用的屏蔽设施应当加强结构的抗震性能或对屏蔽设施采用减震措施。 展开更多

关键词 爆炸震动 钢板屏蔽室 电磁屏蔽 动力响应 屏蔽效能

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弹体高速侵彻陶瓷复合厚靶的计算模型研究 被引量：5

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作者 殷文骏 程怡豪 +3 位作者 宋春明 王明洋 高飞 文德生 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2017年第1期223-229,共7页

针对平头弹高速撞击陶瓷复合厚靶的问题,以集中质量法为基础并考虑靶体的内摩擦效应对Fellows模型加以改进,建立侵彻过程的理论计算模型并利用Matlab编程求得不同撞击速度下弹体侵彻复合靶体的侵彻深度,模型得到了试验结果和数值计算结... 针对平头弹高速撞击陶瓷复合厚靶的问题,以集中质量法为基础并考虑靶体的内摩擦效应对Fellows模型加以改进,建立侵彻过程的理论计算模型并利用Matlab编程求得不同撞击速度下弹体侵彻复合靶体的侵彻深度,模型得到了试验结果和数值计算结果的验证。参数分析的结果表明,陶瓷厚度的增加可提高复合靶体的抗侵彻能力,但随着初始撞击速度的提高,弹体的侵彻深度增长曲线趋于平缓。 展开更多

关键词 高速侵彻 陶瓷复合靶体 理论计算模型 数值模拟 参数分析

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基于孔隙演化的砂土冲击绝热关系研究 被引量：2

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作者 高飞 邱艳宇 +2 位作者 王明洋 张先锋 程怡豪 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2017年第17期134-140,共7页

基于砂土多孔、含水的特性,对动载荷作用下孔隙演化对砂土冲击绝热关系的影响进行了研究。基于砂土基体的不可压缩假设,采用单个球形气孔等效模型和广义Mises屈服准则推导了砂土考虑孔隙压实的演化方程;根据冲击Hugoniot突跃条件和Gr... 基于砂土多孔、含水的特性,对动载荷作用下孔隙演化对砂土冲击绝热关系的影响进行了研究。基于砂土基体的不可压缩假设,采用单个球形气孔等效模型和广义Mises屈服准则推导了砂土考虑孔隙压实的演化方程;根据冲击Hugoniot突跃条件和Grüneisen型方程,获得了砂土考虑孔隙演化的状态方程;根据混合物冲击波关系和孔隙演化状态方程,获得了砂土基体材料冲击绝热关系、干砂土和湿砂土冲击绝热关系,并与已有实验结果进行了对比。结果表明:计算得到的绝热线与实验数据吻合较好,该孔隙演化状态方程能够较为准确的反映动载作用下砂土的动态响应过程。 展开更多

关键词 砂土 孔隙演化 Grüneisen型状态方程 冲击绝热关系

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侵彻条件下两类靶体材料静阻力的探讨 被引量：2

7

作者 程怡豪 王明洋 +3 位作者 王德荣 宋春明 岳松林 谭仪忠 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期1-11,共11页

以空腔膨胀理论为主要理论工具,通过比较侵彻近区塑性材料和脆性材料动力学行为的差异,对两类不同材料静阻力(Rt)的本质进行探讨,并对脆性材料侵彻的若干应用问题提出建议。研究表明:(1)Rt是靶体介质以固体特性抵抗局部扩孔、具有时间... 以空腔膨胀理论为主要理论工具,通过比较侵彻近区塑性材料和脆性材料动力学行为的差异,对两类不同材料静阻力(Rt)的本质进行探讨,并对脆性材料侵彻的若干应用问题提出建议。研究表明:(1)Rt是靶体介质以固体特性抵抗局部扩孔、具有时间平均特性的弹体横截面平均应力,其具体取值随着材料的物理力学特性、侵彻模型、撞击速度等因素而变化,因此不是材料的固有特性。(2)对于塑性靶体的非变形侵彻问题,静态空腔膨胀理论的结果能够对Rt作出比较合理的预测;对于拟流体侵彻问题,一般需要对静态空腔膨胀理论的结果加以修正。(3)脆性材料的Rt主要取决于破碎后介质的力学特性而与完整材料的力学特性关系不大,且与单轴抗压强度之间不满足纯粹的单调关系;当侵彻速度较低时,应考虑侵彻速度对侵彻阻力的强化作用,这种强化作用的本质是内摩擦;当侵彻速度足够高时,脆性材料体现出恒定不变的"动力硬度",其反映了材料的本征阻力特性。(4)提高脆性材料的侵彻阻力的关键在于减小应力波峰值后环向拉应力的幅值、抑制材料的破碎速度和程度,具体措施包括主动或被动地增加外围压、对基质中添加增韧增强纤维等;为了实现对脆性材料侵彻问题更高精度的数值模拟,建议更加重视对破碎介质动力学特性的研究。 展开更多

关键词 侵彻 塑性材料 脆性材料 静阻力 Hugoniot弹性极限 动力硬度

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混凝土超高速侵彻效应的相似规律 被引量：2

8

作者 程怡豪 李干 +3 位作者 岳松林 张中威 宋春明 邱艳宇 《力学与实践》 北大核心 2019年第5期543-549,共7页

为了研究混凝土超高速侵彻效应的相似规律,总结相似关系基本理论并开展1.4~3.9 km/s的混凝土侵彻实验,综合本文实验和相关文献实验结果确定关键相似准数并得到归一化侵彻深度的变化规律。结果表明,归一化侵彻深度主要取决于Johnson数、... 为了研究混凝土超高速侵彻效应的相似规律,总结相似关系基本理论并开展1.4~3.9 km/s的混凝土侵彻实验,综合本文实验和相关文献实验结果确定关键相似准数并得到归一化侵彻深度的变化规律。结果表明,归一化侵彻深度主要取决于Johnson数、弹靶密度比和弹体长径比,弹靶强度比和弹头形状系数等因素影响不大;归一化侵彻深度随归一化撞击速度增加而先增后减;当撞击速度接近混凝土纵波声速时,存在以侵彻深度突降为主要现象的"跨声速效应"。 展开更多

关键词 超高速侵彻 混凝土 相似关系 跨声速效应

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分层地质类材料靶体抗超高速侵彻模型实验

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作者 程怡豪 邓国强 +5 位作者 李干 宋春明 邱艳宇 张中威 王德荣 王明洋 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第7期79-87,共9页

利用二级轻气炮开展了杆形钢弹在10马赫左右条件下对4种分层地质类材料靶体的超高速侵彻模型实验,重点研究了砂浆层位置和空气隔层对侵彻效应的影响。结果表明增加遮弹层与下部结构间的空气隔层、在整个结构顶部设置疏松砂浆层均可以在... 利用二级轻气炮开展了杆形钢弹在10马赫左右条件下对4种分层地质类材料靶体的超高速侵彻模型实验,重点研究了砂浆层位置和空气隔层对侵彻效应的影响。结果表明增加遮弹层与下部结构间的空气隔层、在整个结构顶部设置疏松砂浆层均可以在一定条件下加剧弹体破坏、减小结构层的侵彻深度,但同时会增加遮弹层的表面成坑效应。从减小结构层的侵彻深度出发,“软-硬-软-硬”的分层设计思路对抵抗超高速弹体侵彻是可行的。 展开更多

关键词 超高速侵彻 模型实验 分层地质类材料靶体 优化配置

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成层式防护结构抗超高速侵彻的数值分析 被引量：6

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作者 刘峥 程怡豪 +2 位作者 邱艳宇 邓国强 王明洋 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第6期1317-1324,共8页

采用SPH算法,基于AUTODYN-2D开展了钨杆弹对4种"花岗岩遮弹层-(空气)干砂分配层-混凝土结构层"形式的成层式防护结构的超高速打击数值计算分析,得到了结构的破坏特征和能量分配情况。结果表明:(1)增加打击速度会加剧遮弹层和... 采用SPH算法,基于AUTODYN-2D开展了钨杆弹对4种"花岗岩遮弹层-(空气)干砂分配层-混凝土结构层"形式的成层式防护结构的超高速打击数值计算分析,得到了结构的破坏特征和能量分配情况。结果表明:(1)增加打击速度会加剧遮弹层和分配层的破坏程度,但在一定速度区间内结构层的侵彻深度反而随着打击速度的增加而减小;(2)结构层的能量分配比例具有随着撞击速度增加而减小的趋势,这可以初步归结为竖向冲击动能在遮弹层和分配层的横向传递;(3)一定条件下,通过增加空气隔层可以减小结构层的侵彻深度、结构层分配能量的比例和绝对值。 展开更多

关键词 超高速侵彻 成层式防护结构 能量分配 SPH

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钙质砂侵彻试验与理论研究 被引量：1

11

作者 苗伟伟 邱艳宇 +3 位作者 程怡豪 文祝 郭磊 王明洋 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2019年第17期232-237,共6页

采用弹径14.5 mm的圆锥形头部弹体开展300~1 000 m/s速度范围内钙质砂的侵彻试验,观察弹体磨蚀、介质破碎以及侵彻深度;建立刚性弹体侵彻钙质砂的拟流体侵彻理论模型,并与试验结果进行对比。结果表明:弹体侵彻后在弹头出现了明显的磨蚀... 采用弹径14.5 mm的圆锥形头部弹体开展300~1 000 m/s速度范围内钙质砂的侵彻试验,观察弹体磨蚀、介质破碎以及侵彻深度;建立刚性弹体侵彻钙质砂的拟流体侵彻理论模型,并与试验结果进行对比。结果表明:弹体侵彻后在弹头出现了明显的磨蚀划痕,在弹道附近存在由原砂样破碎而形成的白色粉末,弹体在介质中的侵彻深度随撞击速度的增大而增大;模型与试验结果吻合较好,可用来预测撞击速度在300~1 000 m/s范围内钙质砂的侵彻深度;得到了归一化的侵彻深度计算公式。 展开更多

关键词 钙质砂 侵彻试验 理论研究 拟流体

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岩石类介质侵彻效应的理论研究进展 被引量：5

12

作者 李杰 程怡豪 +1 位作者 徐天涵 王明洋 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期1-26,共26页

近年来,随着超高速武器的发展,侵彻效应的研究重点逐渐由高速向超高速发展。随着弹体打击速度提高,侵彻机制发生变化,并触发强烈的成坑和地冲击效应。本文综述了大速度范围内岩石类介质侵彻效应的理论研究进展,讨论了长杆弹侵彻速度的分... 近年来,随着超高速武器的发展,侵彻效应的研究重点逐渐由高速向超高速发展。随着弹体打击速度提高,侵彻机制发生变化,并触发强烈的成坑和地冲击效应。本文综述了大速度范围内岩石类介质侵彻效应的理论研究进展,讨论了长杆弹侵彻速度的分区,介绍了岩石类介质的侵彻、成坑、地冲击效应的理论模型,并对目前研究中尚有待解决的问题和下一步的研究方向进行了展望。 展开更多

关键词 侵彻 岩石 混凝土 理论研究 成坑 地冲击

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不同速度段弹体侵彻岩石靶体的理论分析 被引量：12

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作者 宋春明 李干 +2 位作者 王明洋 邱艳宇 程怡豪 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期250-257,共8页

随着撞击速度的增加,弹体对岩石类靶体的侵彻机制会发生显著变化,由刚体侵彻逐步转变为半流体侵彻和流体侵彻,3种侵彻机制各自适用的理论模型完全不同。在半流体侵彻阶段,弹体质量损失开始显著增加,造成侵彻效率严重下降,侵彻深度随撞... 随着撞击速度的增加,弹体对岩石类靶体的侵彻机制会发生显著变化,由刚体侵彻逐步转变为半流体侵彻和流体侵彻,3种侵彻机制各自适用的理论模型完全不同。在半流体侵彻阶段,弹体质量损失开始显著增加,造成侵彻效率严重下降,侵彻深度随撞击速度的增加急剧减小。基于提出的弹体质量与速度的理论模型以及弹体刚体段的侵彻阻抗,推导出考虑弹体质量损失的半流体侵彻深度计算公式。对于超高速撞击时的流体动力学侵彻段,通过对流体区和刚性区进行假定,建立动量守恒和伯努利方程,推导给出该阶段弹体的侵彻阻抗,结合弹体质量变化方程推导出侵彻深度的表达式。最后将3个阶段的理论计算结果与花岗岩侵彻试验数据进行了对比验证,侵深和弹体质量变化规律均吻合良好,而且各阶段模型计算结果反映出的侵彻变化规律与实验结果完全一致。 展开更多

关键词 撞击力学 侵彻 高速侵彻 岩石靶体 侵彻机制

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运用极限荷载法研究钢筋混凝土板低速侵彻效应 被引量：1

14

作者 王德荣 苏杭 +1 位作者 程怡豪 冯淑芳 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第5期837-843,共7页

基于不可压缩刚塑性材料模型和滑移线场理论,获得了单一容许速度场条件下刚性弹低速侵彻半无限介质的阻力函数。在此基础上,基于多速度容许场得到了刚性弹侵彻有限厚度靶的三阶段阻力曲线,并提出了震塌与贯穿的临界条件,通过与实验结果... 基于不可压缩刚塑性材料模型和滑移线场理论,获得了单一容许速度场条件下刚性弹低速侵彻半无限介质的阻力函数。在此基础上,基于多速度容许场得到了刚性弹侵彻有限厚度靶的三阶段阻力曲线,并提出了震塌与贯穿的临界条件,通过与实验结果、UMIST公式及古比雪夫的对比,验证了本文方法在钢筋混凝土板低速撞击问题中的适用性,分析了弹头形状、冲击因子和钢筋阻力系数等参数对临界震塌(贯穿)厚度的影响。 展开更多

关键词 刚塑性极限分析 低速侵彻 混凝土 震塌 贯穿

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爆炸地震动下储液结构动力响应试验研究 被引量：1

15

作者 张浩天 赵雪川 +4 位作者 宋春明 吴红晓 郑际镜 岳松林 程怡豪 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2022年第21期97-108,128,共13页

储液结构(LSS)关乎战略资源的储备安全,在国防工程建设中备受关注,需要考虑武器爆炸时强烈冲击地震动对其动力响应的影响。利用爆炸冲击震动模拟平台开展了地面式矩形储液结构模型试验,研究了不同储液状态下储液结构在爆炸地震动下的动... 储液结构(LSS)关乎战略资源的储备安全,在国防工程建设中备受关注,需要考虑武器爆炸时强烈冲击地震动对其动力响应的影响。利用爆炸冲击震动模拟平台开展了地面式矩形储液结构模型试验,研究了不同储液状态下储液结构在爆炸地震动下的动力响应,分析了地震动强度对结构振动加速度、结构应变以及动水压力的影响。此外,结合理论方法对储液结构壁板振型进行了探讨,对动水压力计算及相关设计规范的准确性与安全性进行了讨论。结果表明:储液增加使液固体系固有频率下降;结构动力响应与地震动峰值加速度相关性较高,随着地震动增强,不同储液状态下结构振动加速度、应变和动水压力均表现出强化效应;相较于无液状态,储液状态下结构动力响应随地震动强度变化敏感性提高,表现出更加显著的地震动强化效应;等强度地震动下,结构动力响应随储液增加而增强,说明储液结构处于高液位状态更加不利;沿壁板底部至顶部,结构振动加速度呈现放大效应,结构竖向变形符合剪切梁悬臂模型;动水压力的主要组成为脉冲压力,液面以下随水深增加呈现先增大后减小的趋势。动水压力标准值理论计算值偏于安全,基于理论方法修正了动水压力系数,给出了倾覆力矩系数。 展开更多

关键词 储液结构(LSS) 爆炸地震动 振动加速度 变形 动水压力

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组合多面体空间网壳结构拓扑分析 被引量：1

16

作者 李浪 王明洋 +2 位作者 周丰峻 程怡豪 刘斌 《建筑结构学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第S1期114-120,共7页

为构建节点及杆件类型少、可快速搭建的单层球面网壳结构,将正十二面体的12个面心与正二十面体的12个顶点同心贯穿得到三十二面体。以三十二面体构成方法为基础,分析其基元特征,根据拓扑学和空间几何理论,沿三十二面体基元五边形边和节... 为构建节点及杆件类型少、可快速搭建的单层球面网壳结构,将正十二面体的12个面心与正二十面体的12个顶点同心贯穿得到三十二面体。以三十二面体构成方法为基础,分析其基元特征,根据拓扑学和空间几何理论,沿三十二面体基元五边形边和节点拓扑展开后,过平面基元向其外接球面进行拓扑映射变换,即可得到由12个正五边形和若干正六边形组成的三十二面体变体,以及从中引出的新型组合多面体网壳结构。对其进行了空间计算和节点、杆件类型分析,并采用Unigraphics NX软件进行节点座、杆件以及连接件设计和三维可视化装配。研究表明:与传统肋环型网壳结构相比,本文中提出的组合多面体网壳结构节点、杆件类型少,经工厂预制后可快速构建不同跨度的空间网壳结构。 展开更多

关键词 空间网壳结构 组合多面体 基元 拓扑变换 装配化施工

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