杆板壳结构计算理论及应用

作者简介

王荣辉 长沙铁道学院

桥梁与隧道工程专业博

士，湖南大学土木工程

专业博士后。

近年来致力于桥梁

结构稳定与振动研究，

主持和参加国家级、省

部级项目10多项，其中

一项已获国家科技进步

三等奖和铁道部科技进

步二等奖（排名第

四），在土木工程学

报、固体力学学报、中

国公路学报等杂志上发

表论文40余篇。其中有

的被EI收录，有的已获

湖南省自然科学优秀论

文一等奖。出版学术著

作两本。

内 容 简 介

本书是作者近年来在杆板壳结构计算理论及应用方面的一些工作成

果的总结。全书共分七章，第一章简明地阐述了现代有限变形基本理论。第

二章介绍了Timoshenko梁结构计算与桁段有限元法。第三章提出了薄壁

直线箱梁、斜交箱梁、曲线箱梁、正交双T梁及斜交双T梁的一些实用计算

方法。第四章研究了几种新的板单元和一种新的壳体单元。第五章介绍了

H型截面杆件结构局部与整体相关屈曲的极限承载力计算。第六章为利用

U.L列式和截面内力塑性系数法对板桁组合钢梁进行了非线性分析。最后

一章介绍了特殊壳体结构几何非线性的解析解和一般壳体结构几何非线性

计算的有限单元法。

本书可供工程结构研究与设计人员、工科高年级大学生及研究生阅读、

参考。

网壳结构主要应对使用阶段的外荷载（包括竖向和水平向）进行内力和位移计算，对单层网壳通常要进行稳定性计算，并据此进行杆件设计。此外，对地震、温度变化、支座沉降及施工安装荷载，应根据具体情况进行内力、位移计算。

网壳结构强度刚度分析

网壳结构的内力和位移可按弹性阶段进行计算。网壳结构根据网壳类型、节点构造，设计阶段可分别选用不同的方法进行内力、位移计算：

l ）双层网壳宜采用空间杆系有限元法进行计算；

2 ）单层网壳宜采用空间梁系有限元法进行计算；

3 ）对单、双层网壳在进行方案选择和初步设计时可采用拟壳分析法进行估算。

网壳结构的外荷载可按静力等效的原则将节点所辖区域内的荷载集中作用在该节点上。分析双层网壳时可假定节点为铰接，杆件只承受轴向力；分析单层网壳时假定节点为刚接，杆件除承受轴向力外，还承受弯矩、剪力等。当杆件上作用有局部荷载时，必须另行考虑局部弯曲内力的影响。对于单个球面网壳、圆柱面网壳和双曲抛物面网壳的风载体型系数，可按《建筑结构荷载规范》（GB 50009 一2001 ) 取值；对于多个连接的球面网壳、圆柱面网壳和双曲抛物面网壳，以及各种复杂体形的网壳结构，应根据模型风洞试验确定风载体型系数。

网壳结构稳定性分析

网壳的稳定性可按考虑几何非线性的有限元分析方法（荷载认一位移全过程分析）进行计算，分析中可假定材料保持为线弹性。用非线性理论分析网壳稳定性时，一般采用空间杆系非线性有限元法，关键是临界荷载的确定。单层网壳宜采用空间梁系有限元法进行计算。

球面网壳的全过程分析可按满跨均布荷载进行，圆柱面网壳和椭圆抛物面网壳宜补充考虑半跨活荷载分布。进行网壳全过程分析时应考虑初始曲面形状的安装偏差影响；可采用结构的最低屈曲模态作为初始缺陷分布模态，其最大计算值可按网壳跨度的1 /300 取值。

进行网壳结构全过程分析求得的第一个临界点处的荷载值，可作为该网壳的极限承载力。将极限承载力除以系数K 后，即为按网壳稳定性确定的容许承载力（标准值）。

网壳结构抗震分析

在设防烈度为7 度的地区，网壳结构可不进行竖向抗震计算，但必须进行水平抗震计算。在设防烈度为8 度、9 度地区必须进行网壳结构水平与竖向抗震计算。2100433B