單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)考慮不同初始缺陷和溫度等因素影響的非線性穩(wěn)定分析.pdf

1、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)由于自重輕，外形美觀，可以塑造的空間大的優(yōu)勢往往是國內(nèi)和國外建筑師優(yōu)先選擇的結(jié)構(gòu)形式?？墒蔷W(wǎng)殼結(jié)構(gòu)由于其跨度越來越大，受力中的穩(wěn)定性問題逐漸成為工程設(shè)計(jì)人員必須要考慮的問題，單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性要求更為突出。
　　本文作者采用了國際先進(jìn)的通用大型有限元分析軟件ANSYS，編制了一套分析網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能的命令流，對單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的模型建立和有限元分析進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，從而研究出了該網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在初始缺陷、溫度等影響因子作用

2、下的全過程荷載-位移曲線，從而可以進(jìn)一步研究出網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的承載力、強(qiáng)度、剛度和全過程的受力特性。
　　然后，在不同初始缺陷分布載荷都加以考慮的情況下，通過改變分析參數(shù)（如跨度、溫度），進(jìn)行單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的非線性穩(wěn)定性分析，總結(jié)出了上述因子對網(wǎng)殼屈曲形態(tài)、極限承載力、破壞模式等分析結(jié)果的影響。研究發(fā)現(xiàn)：（1）初始缺陷對單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有重要影響；（2）在考慮材料非線性這一條件后，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定承載力出現(xiàn)了明顯的下降，說明材料

3、非線性是很有必要加以考慮的；（3）不對稱荷載這一因子對單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的彈塑性穩(wěn)定承載力并沒有造成顯著影響；（4）在對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)屈曲形態(tài)進(jìn)行系統(tǒng)分析后發(fā)現(xiàn)，主肋節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性無論是理想結(jié)構(gòu)還是缺陷結(jié)構(gòu)都比較差。對理想結(jié)構(gòu)來說，破壞點(diǎn)通常發(fā)生在從圈外算起的第二到第四環(huán)上。對缺陷結(jié)構(gòu)來說，其破壞點(diǎn)往往發(fā)生在從網(wǎng)殼中心算起的第一和第二環(huán)上。此外，網(wǎng)格密度對單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析結(jié)果的影響并不明顯。
　　本文還考慮了溫度因素對單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)

4、穩(wěn)定性的影響。在考慮了不同負(fù)溫差條件下對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力分析，彈性穩(wěn)定性分析和彈塑性穩(wěn)定性分析。得到的研究結(jié)果如下：（1）溫度變化這一因子的影響主要集中在靠近支座位置的單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)桿件的軸力。對于越是遠(yuǎn)離支座的網(wǎng)殼桿件，溫度變化的影響往往越弱；（2）負(fù)溫差的增大會降低單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定承載力；（3）在材料非線性的條件下，單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的彈塑性穩(wěn)定性承載能力與彈性穩(wěn)定性承載能力會降低。說明實(shí)際問題中必須考慮材料非線性對單層球面網(wǎng)殼

5、的影響，否則網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)結(jié)果偏不安全；（4）由于負(fù)溫差絕對值逐漸增大，對于考慮彈性和彈塑性的單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的分析結(jié)果，都會出現(xiàn)承載力小于零的情況，并且由于負(fù)溫差進(jìn)一步增大，該網(wǎng)殼承載力對應(yīng)的絕對值也會越來越大。造成這一結(jié)果的原因是，在溫度的影響下，單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)會在局部位置發(fā)生向下的位移。所以，在出現(xiàn)負(fù)溫差較大的天氣時(shí)，建議工程人員通過適當(dāng)方法在單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的主要節(jié)點(diǎn)處施加一定的向上的力（需要通過結(jié)構(gòu)計(jì)算得出），以抵消負(fù)溫差產(chǎn)