拉索一單層柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和參數(shù)分析

某單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性分析與研究 摘要本文針對目前中國規(guī)范《空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中提到的網(wǎng)殼的穩(wěn) 定性計算的三種方法進行了比較分析和研究。并且通過對一個實際工程中的單層 網(wǎng)殼進行研究，分析和探討了影響單層網(wǎng)殼穩(wěn)定性的若干參數(shù)，得到了一些有價 值的設(shè)計經(jīng)驗供參考。 關(guān)鍵詞單層網(wǎng)殼；整體穩(wěn)定；非線性屈曲；幾何非線性；材料非線性 中圖分類號tu356文獻標識碼a文章編號 1673-9671-(2012)072-0092-02 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)雖然有大的跨度，但由于其高跨比小，整體結(jié)構(gòu)在外荷載作用下表 現(xiàn)出強烈的大位移非線性效應(yīng)，在計算分析中必須考慮這種非線性效應(yīng)。又由于 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的大部分構(gòu)件呈受壓狀態(tài)，典型的破壞形式是失穩(wěn)破壞。這種破壞的突 發(fā)性，使得損失更加嚴重。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)發(fā)生失穩(wěn)破壞時鋼材實際承受的應(yīng)力水平很 低，常常僅為30mpa-40

杭州國際博覽中心城市客廳部分采用了單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)形式.該球殼跨度較大,且由于建筑需要局部開有兩個洞口,體型較為復(fù)雜.運用midas有限元分析軟件,考慮兩種荷載工況對該單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進行了整體穩(wěn)定性分析.首先對該結(jié)構(gòu)進行了兩種工況下的特征值屈曲分析,預(yù)測結(jié)構(gòu)的理論屈曲強度;然后根據(jù)球殼的屈曲模態(tài),采用一致缺陷法,對結(jié)構(gòu)體系進行了幾何非線性屈曲分析,并對比分析了不同的球殼初始缺陷對結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的影響.研究結(jié)果表明:該球殼結(jié)構(gòu)對初始缺陷較為敏感,初始缺陷的存在會明顯降低結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性,且缺陷越大其穩(wěn)定臨界荷載系數(shù)越小;不同的荷載工況,球殼的臨界失穩(wěn)條件也不相同,臨界荷載系數(shù)差別也較為明顯.

預(yù)應(yīng)力雙向網(wǎng)格單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性分析——預(yù)應(yīng)力雙向網(wǎng)格單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)是通過在雙向網(wǎng)格單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)內(nèi)置入預(yù)應(yīng)力索單元而形成的雜交結(jié)構(gòu)，它能顯著提高單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性能。本文設(shè)置了三種預(yù)應(yīng)力索單元的配置模式，分析預(yù)應(yīng)力索截面積和索內(nèi)預(yù)應(yīng)力...

有計劃地針對六種實際尺寸的常用單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu),利用ansys軟件及自編的前后處理程序進行了3200余例網(wǎng)殼雙重非線性全過程分析。求得網(wǎng)殼的彈塑性極限承載力,系統(tǒng)地考察了初始缺陷和荷載不對稱分布,支承條件等因素對單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)彈塑性穩(wěn)定性能的影響,著重研究考慮材料非線性后網(wǎng)殼極限承載力的變化規(guī)律。通過這種大規(guī)模參數(shù)分析研究,較全面了解單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的彈塑性穩(wěn)定性能,為實際工程設(shè)計提供了理論依據(jù)和設(shè)計參考。

為了準確地分析具有初始幾何缺陷的單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性,運用隨機缺陷模態(tài)法、一致缺陷模態(tài)法和n階特征缺陷模態(tài)法,對4個不同矢跨比的k8型單層網(wǎng)殼進行了近1300例彈塑性荷載-位移全過程分析,探討不同分析方法的合理性和可行性。研究表明:隨機缺陷模態(tài)法能較為科學(xué)地評估初始幾何缺陷對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響,但計算量較大;對穩(wěn)定承載力系數(shù)樣本進行統(tǒng)計特性分析時,空間樣本數(shù)量n不應(yīng)小于100;運用隨機缺陷模態(tài)法確定網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)最終的穩(wěn)定承載力系數(shù)時,建議采用\"3σ\"原則;采用最低階屈曲模態(tài)模擬初始幾何缺陷分布,求得的穩(wěn)定承載力并非最不利,其保證率得不到有效保證;n階特征缺陷模態(tài)法能夠通過較少的計算量,得到滿足\"3σ\"原則要求的穩(wěn)定承載力,并能較為合理、安全地評估網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能;在運用n階特征缺陷模態(tài)法時,建議n=20。

網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的彈塑性穩(wěn)定性分析——本文在采用梁-柱理論得出的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)單元彈性切線剛度矩陣的基礎(chǔ)上,考慮材料的物理非線性,對彈性切線剛度矩陣加以修正得到彈塑性切線剛度矩陣。并且利用anasys工作站程序,對算例進行了彈塑性穩(wěn)定性分析,得出了有價值的結(jié)論。

單層柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的抗震性能研究——本文以單層柱面網(wǎng)殼為研究對象．針對結(jié)構(gòu)參數(shù)(矢跨比、荷載、長跨比和支承剛度等)．系統(tǒng)研究了各參數(shù)對結(jié)構(gòu)自振特性及地震響應(yīng)的影響，得出了四邊支承的單層柱面網(wǎng)殼應(yīng)同時考慮豎向地震和水平地震作用的結(jié)論，并建議用時程法...

網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性分析方法——介紹了殼體結(jié)構(gòu)的四類整體穩(wěn)定性分析方法，并分別闡述了各類網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性分析方法的原理、研究現(xiàn)狀及其優(yōu)缺點，為工程結(jié)構(gòu)分析提供指導(dǎo)，以期提高殼體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析水平。

目前對于球面網(wǎng)殼的彈塑性穩(wěn)定性能研究成果較為豐富,而對柱面網(wǎng)殼的彈塑性穩(wěn)定性能以及穩(wěn)定性驗算方法中"安全系數(shù)"的取值問題還缺乏系統(tǒng)研究。為此,基于有限元軟件ansys及自編的前后處理程序,有計劃地針對600余例單層柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進行雙重非線性全過程分析。系統(tǒng)地考察了極限承載力、屈曲模態(tài)、塑性發(fā)展分布等特征響應(yīng),總結(jié)了初始幾何缺陷和荷載不對稱分布等因素對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能的影響規(guī)律。定義并統(tǒng)計了代表材料非線性影響的"塑性折減系數(shù)",基于參數(shù)分析結(jié)果及概率統(tǒng)計方法對單層柱面網(wǎng)殼的"安全系數(shù)"取值進行重新核定,結(jié)果顯示,柱面網(wǎng)殼塑性折減系數(shù)取值范圍為0.362～0.578,兩縱邊柱面網(wǎng)殼安全系數(shù)取3.4,四邊支承柱面網(wǎng)殼取4.5,兩端支承柱面網(wǎng)殼取5.4。

考慮結(jié)構(gòu)的幾何非線性和材料的彈塑性，對一個k6型單層球面網(wǎng)殼進行穩(wěn)定性分析。通過對比分析發(fā)現(xiàn)，此結(jié)構(gòu)的彈塑性穩(wěn)定承載力約為其彈性穩(wěn)定承載力的50％，材料的彈塑性對不對稱荷載作用下的穩(wěn)定承載力的影響更顯著。

單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的彈塑性穩(wěn)定分析 摘要：考慮結(jié)構(gòu)的幾何非線性和材料的彈塑性，對一個k6型單層球面網(wǎng)殼 進行穩(wěn)定性分析。通過對比分析發(fā)現(xiàn)，此結(jié)構(gòu)的彈塑性穩(wěn)定承載力約為其彈性穩(wěn) 定承載力的50％，材料的彈塑性對不對稱荷載作用下的穩(wěn)定承載力的影響更顯 著。 關(guān)鍵詞：單層球面網(wǎng)殼；彈塑性；穩(wěn)定性；極限承載力 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是單層網(wǎng)殼分析設(shè)計中的一個關(guān)鍵問題，單層網(wǎng)殼和 厚度較小的雙層網(wǎng)殼都存在失穩(wěn)的可能性。研究表明[1]，影響網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性 的主要因素包括：非線性效應(yīng)；初始缺陷；曲面形狀；結(jié)構(gòu)剛度；節(jié)點剛度；荷 載分布；邊界條件。因此，網(wǎng)殼規(guī)程第4.3.4條規(guī)定，通過網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的幾何非線 性全過程分析、并考慮初始缺陷、不利荷載分布等影響而求得的第一個臨界點處 的荷載值，作為該網(wǎng)殼的極限穩(wěn)定承載力。通過規(guī)定網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的極限穩(wěn)定承載力 與實際荷載之比大于安全系數(shù)k來保證結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定

考慮結(jié)構(gòu)的幾何非線性和材料的彈塑性,對一個k6型單層球面網(wǎng)殼進行穩(wěn)定性分析。通過對比分析發(fā)現(xiàn),此結(jié)構(gòu)的彈塑性穩(wěn)定承載力約為其彈性穩(wěn)定承載力的50%,材料的彈塑性對不對稱荷載作用下的穩(wěn)定承載力的影響更顯著。

為了解和掌握單層球面網(wǎng)殼在靜力荷載作用下的彈塑性穩(wěn)定性能,采用有限元軟件ansys及自編的前后處理程序?qū)Φ湫蛦螌忧蛎婢W(wǎng)殼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能進行對比分析,初步了解了球面網(wǎng)殼彈性與彈塑性穩(wěn)定性能的主要差異。在此基礎(chǔ)上進行了1000余例k8型單層球面網(wǎng)殼彈性、彈塑性全過程分析,同時考慮豎向均布荷載的不對稱分布、初始幾何缺陷等因素對球面網(wǎng)殼穩(wěn)定性能的影響,掌握了以上因素變化對球面網(wǎng)殼彈塑性穩(wěn)定性能的影響規(guī)律,并將其定量化。最后,通過對彈性、彈塑性穩(wěn)定極限承載力的統(tǒng)計分析,提出適用于k8、k6型球面網(wǎng)殼的塑性折減系數(shù),用以表示材料非線性對極限承載力的影響。這些成果的獲得為進一步開展網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的彈塑性穩(wěn)定性能研究以及工程實踐提供了理論依據(jù)和技術(shù)參考。

單層球面網(wǎng)殼穩(wěn)定性驗算公式——本文有計劃地對400余例實際尺寸的單層球面網(wǎng)殼進行了荷載-位移全過程分析,求得了它們的極限承載力。系統(tǒng)地考察了網(wǎng)殼幾何參數(shù)、初始幾何缺陷和荷載不對稱分布等因素對網(wǎng)殼穩(wěn)定性的影響。通過這種大規(guī)模參數(shù)分析的方法,較好地掌握...

剛度對單層叉筒網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的幾何非線性穩(wěn)定的影響——本研究利用非線性有限元方法，對4點支承的單層柱面叉筒網(wǎng)殼進行幾何非線性穩(wěn)定全過程分析。通過配置不同截面桿件以改變結(jié)構(gòu)的剛度，對比分析了結(jié)構(gòu)剛度不同時的靜力穩(wěn)定臨界荷載和失穩(wěn)區(qū)域。分析得出結(jié)構(gòu)的主...

大跨鋼筋混凝土單層柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的設(shè)計與研究——作為一個近年來較少見的空間結(jié)構(gòu),北京紅葉葡萄酒主廠房鋼筋混凝土柱面聯(lián)方網(wǎng)殼的屋蓋結(jié)構(gòu)很有特點,結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計,主要介紹了該工程設(shè)計的結(jié)構(gòu)方案、結(jié)構(gòu)靜力特性、溫度應(yīng)力計算、穩(wěn)定性及抗震設(shè)計,抗震驗算中比較...

大跨空間結(jié)構(gòu)具有空間跨度大,結(jié)構(gòu)整體剛度大、受力合理、耗材少、重量輕等優(yōu)點,在世界各地應(yīng)用前景非常廣闊。但在強震作用下,此種結(jié)構(gòu)破壞嚴重,經(jīng)濟損失慘重。震害經(jīng)驗與理論研究表明地震動是一種復(fù)雜的多維運動,只考慮單分量水平地震作用是不夠的,還應(yīng)考慮豎向地震分量對整體結(jié)構(gòu)的影響。在作者研制的sma-疊層橡膠支座的基礎(chǔ)上,針對豎向剛度大、豎向隔震效果不明顯的問題,研制一種在上部串聯(lián)加入碟形彈簧的新型三維隔震支座,并建立一典型的單層柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)模型,在輸入不同峰值地震動情況下,通過時程反應(yīng)分析可見,sma三維隔震支座下結(jié)構(gòu)位移、加速度峰值與普通橡膠支座對比明顯降低,時程曲線趨于平緩,典型的桿件軸力也有明顯降低,說明了sma三維隔震復(fù)合支座隔震效果更好。

收稿日期：2008-10-20 作者簡介：周志立（1958－），男，江蘇南京人，工程師。 對于兩縱邊支承的大跨度圓柱面張弦網(wǎng)殼的安裝施工可 選用：高空散裝法、分條或分塊安裝法、滑移法和綜合安裝法。 滑移法適用于兩邊平行的網(wǎng)殼，在現(xiàn)場狹窄、運輸不便的情況 下，尤為適合?；剖┕た刹捎脝螚l滑移法或逐條累積滑移法。 滑移時要求滑移單元應(yīng)是幾何不變體系，兩縱邊支承張弦 柱面網(wǎng)殼應(yīng)采用累積滑移施工法。這時應(yīng)考慮以下核心問題： ①累積滑移時結(jié)構(gòu)在每一施工步驟均不相同，應(yīng)針對各施工步 驟建立模型計算確定拉索的張拉力。②設(shè)計單位給出了屋面荷 載、檁條和結(jié)構(gòu)自重作用下的張拉索力（零狀態(tài)索力），網(wǎng)殼結(jié) 構(gòu)安裝后不待安裝檁條就需要對拉索進行補張，因此要從設(shè)計 索力反算此索力（補張索力）。③為了降低施工費用，常采用一 臺張拉設(shè)備進行拉索張拉施工，需計算確定一次張拉便可達到

為了研究半剛性節(jié)點單層球面網(wǎng)殼的穩(wěn)定性能,提出其適用的分析方法,利用大型有限元軟件ansys建立螺栓球節(jié)點的實體模擬方法和半剛性節(jié)點單層球面網(wǎng)殼的數(shù)值模型.通過試驗數(shù)據(jù)與數(shù)值分析結(jié)果的比較,證明方法的可行性,進而模擬工程中常用的螺栓球節(jié)點,求得其彎曲剛度,對30m跨度的螺栓球節(jié)點單層球面網(wǎng)殼進行穩(wěn)定性分析.結(jié)果表明:節(jié)點的彎曲剛度不同時,網(wǎng)殼的穩(wěn)定性能及其失穩(wěn)模態(tài)變化明顯;節(jié)點的扭轉(zhuǎn)剛度和節(jié)點域不同時,網(wǎng)殼的穩(wěn)定性能基本沒有變化;荷載分布不同時,網(wǎng)殼的穩(wěn)定性能發(fā)生改變.節(jié)點的彎曲剛度和不同的荷載分布形式是影響單層半剛性球面網(wǎng)殼穩(wěn)定性能的重要因素.

單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的整體優(yōu)化理論——本文介紹了一個可用于單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的優(yōu)化算法,通過和已設(shè)計的工程對比及新工程設(shè)計實踐對比,本文介紹的算法具有應(yīng)用簡單、節(jié)約用鋼量和造價、加快設(shè)計速度等優(yōu)點。

為全面認識大矢跨比球面網(wǎng)殼的彈塑性穩(wěn)定性能,利用ansys軟件及自編的前后處理程序,有計劃地針對132例矢跨比為1/4~1/2的大矢跨比k8型單層球面網(wǎng)殼進行彈性、彈塑性穩(wěn)定性能分析,并對其中典型算例的塑性發(fā)展狀況進行了全過程跟蹤分析.考察網(wǎng)殼的屈曲模態(tài),分析初始幾何缺陷、矢跨比,材料非線性對網(wǎng)殼彈塑性極限承載力的影響.結(jié)果表明:大矢跨比情況下,初始幾何缺陷的存在會導(dǎo)致網(wǎng)殼的極限承載力降低50%,材料非線性對極限承載力的影響也明顯大于常用矢跨比情況,塑性折減系數(shù)達到0.4,網(wǎng)殼極易發(fā)生提前失穩(wěn).建議適當提高大矢跨比球面網(wǎng)殼的穩(wěn)定性驗算安全系數(shù).

撞擊荷載作用下單層球面網(wǎng)殼動力穩(wěn)定性研究——本文研究單層球面網(wǎng)殼在撞擊荷載作用下的動力屈曲問題。利用ansys/ls-dyna非線性有限元程序,對單層球面網(wǎng)殼在落錘撞擊作用下的實驗?zāi)Ｐ?開展了彈性和彈塑性動力穩(wěn)定性分析。研究和提出了沖擊荷載作用下單層網(wǎng)殼的...