拉索一单层柱面网壳结构的稳定性和参数分析

某单层球面网壳结构整体稳定性分析与研究 摘要本文针对目前中国规范《空间网格结构技术规程》中提到的网壳的稳 定性计算的三种方法进行了比较分析和研究。并且通过对一个实际工程中的单层 网壳进行研究，分析和探讨了影响单层网壳稳定性的若干参数，得到了一些有价 值的设计经验供参考。 关键词单层网壳；整体稳定；非线性屈曲；几何非线性；材料非线性 中图分类号tu356文献标识码a文章编号 1673-9671-(2012)072-0092-02 网壳结构虽然有大的跨度，但由于其高跨比小，整体结构在外荷载作用下表 现出强烈的大位移非线性效应，在计算分析中必须考虑这种非线性效应。又由于 网壳结构的大部分构件呈受压状态，典型的破坏形式是失稳破坏。这种破坏的突 发性，使得损失更加严重。网壳结构发生失稳破坏时钢材实际承受的应力水平很 低，常常仅为30mpa-40

杭州国际博览中心城市客厅部分采用了单层球面网壳结构形式.该球壳跨度较大,且由于建筑需要局部开有两个洞口,体型较为复杂.运用midas有限元分析软件,考虑两种荷载工况对该单层球面网壳结构进行了整体稳定性分析.首先对该结构进行了两种工况下的特征值屈曲分析,预测结构的理论屈曲强度;然后根据球壳的屈曲模态,采用一致缺陷法,对结构体系进行了几何非线性屈曲分析,并对比分析了不同的球壳初始缺陷对结构整体稳定性的影响.研究结果表明:该球壳结构对初始缺陷较为敏感,初始缺陷的存在会明显降低结构体系的稳定性,且缺陷越大其稳定临界荷载系数越小;不同的荷载工况,球壳的临界失稳条件也不相同,临界荷载系数差别也较为明显.

预应力双向网格单层网壳结构整体稳定性分析——预应力双向网格单层网壳结构是通过在双向网格单层网壳结构内置入预应力索单元而形成的杂交结构，它能显著提高单层网壳结构的整体稳定性能。本文设置了三种预应力索单元的配置模式，分析预应力索截面积和索内预应力...

有计划地针对六种实际尺寸的常用单层球面网壳结构,利用ansys软件及自编的前后处理程序进行了3200余例网壳双重非线性全过程分析。求得网壳的弹塑性极限承载力,系统地考察了初始缺陷和荷载不对称分布,支承条件等因素对单层球面网壳结构弹塑性稳定性能的影响,着重研究考虑材料非线性后网壳极限承载力的变化规律。通过这种大规模参数分析研究,较全面了解单层球面网壳结构的弹塑性稳定性能,为实际工程设计提供了理论依据和设计参考。

为了准确地分析具有初始几何缺陷的单层网壳结构整体稳定性,运用随机缺陷模态法、一致缺陷模态法和n阶特征缺陷模态法,对4个不同矢跨比的k8型单层网壳进行了近1300例弹塑性荷载-位移全过程分析,探讨不同分析方法的合理性和可行性。研究表明:随机缺陷模态法能较为科学地评估初始几何缺陷对结构稳定性的影响,但计算量较大;对稳定承载力系数样本进行统计特性分析时,空间样本数量n不应小于100;运用随机缺陷模态法确定网壳结构最终的稳定承载力系数时,建议采用\"3σ\"原则;采用最低阶屈曲模态模拟初始几何缺陷分布,求得的稳定承载力并非最不利,其保证率得不到有效保证;n阶特征缺陷模态法能够通过较少的计算量,得到满足\"3σ\"原则要求的稳定承载力,并能较为合理、安全地评估网壳结构的稳定性能;在运用n阶特征缺陷模态法时,建议n=20。

网壳结构的弹塑性稳定性分析——本文在采用梁-柱理论得出的网壳结构单元弹性切线刚度矩阵的基础上,考虑材料的物理非线性,对弹性切线刚度矩阵加以修正得到弹塑性切线刚度矩阵。并且利用anasys工作站程序,对算例进行了弹塑性稳定性分析,得出了有价值的结论。

单层柱面网壳结构的抗震性能研究——本文以单层柱面网壳为研究对象．针对结构参数(矢跨比、荷载、长跨比和支承刚度等)．系统研究了各参数对结构自振特性及地震响应的影响，得出了四边支承的单层柱面网壳应同时考虑竖向地震和水平地震作用的结论，并建议用时程法...

网壳结构的整体稳定性分析方法——介绍了壳体结构的四类整体稳定性分析方法，并分别阐述了各类网壳结构整体稳定性分析方法的原理、研究现状及其优缺点，为工程结构分析提供指导，以期提高壳体结构稳定性分析水平。

目前对于球面网壳的弹塑性稳定性能研究成果较为丰富,而对柱面网壳的弹塑性稳定性能以及稳定性验算方法中"安全系数"的取值问题还缺乏系统研究。为此,基于有限元软件ansys及自编的前后处理程序,有计划地针对600余例单层柱面网壳结构进行双重非线性全过程分析。系统地考察了极限承载力、屈曲模态、塑性发展分布等特征响应,总结了初始几何缺陷和荷载不对称分布等因素对网壳结构稳定性能的影响规律。定义并统计了代表材料非线性影响的"塑性折减系数",基于参数分析结果及概率统计方法对单层柱面网壳的"安全系数"取值进行重新核定,结果显示,柱面网壳塑性折减系数取值范围为0.362～0.578,两纵边柱面网壳安全系数取3.4,四边支承柱面网壳取4.5,两端支承柱面网壳取5.4。

考虑结构的几何非线性和材料的弹塑性，对一个k6型单层球面网壳进行稳定性分析。通过对比分析发现，此结构的弹塑性稳定承载力约为其弹性稳定承载力的50％，材料的弹塑性对不对称荷载作用下的稳定承载力的影响更显著。

单层球面网壳结构的弹塑性稳定分析 摘要：考虑结构的几何非线性和材料的弹塑性，对一个k6型单层球面网壳 进行稳定性分析。通过对比分析发现，此结构的弹塑性稳定承载力约为其弹性稳 定承载力的50％，材料的弹塑性对不对称荷载作用下的稳定承载力的影响更显 著。 关键词：单层球面网壳；弹塑性；稳定性；极限承载力 网壳结构的稳定性是单层网壳分析设计中的一个关键问题，单层网壳和 厚度较小的双层网壳都存在失稳的可能性。研究表明[1]，影响网壳结构稳定性 的主要因素包括：非线性效应；初始缺陷；曲面形状；结构刚度；节点刚度；荷 载分布；边界条件。因此，网壳规程第4.3.4条规定，通过网壳结构的几何非线 性全过程分析、并考虑初始缺陷、不利荷载分布等影响而求得的第一个临界点处 的荷载值，作为该网壳的极限稳定承载力。通过规定网壳结构的极限稳定承载力 与实际荷载之比大于安全系数k来保证结构的整体稳定

考虑结构的几何非线性和材料的弹塑性,对一个k6型单层球面网壳进行稳定性分析。通过对比分析发现,此结构的弹塑性稳定承载力约为其弹性稳定承载力的50%,材料的弹塑性对不对称荷载作用下的稳定承载力的影响更显著。

为了解和掌握单层球面网壳在静力荷载作用下的弹塑性稳定性能,采用有限元软件ansys及自编的前后处理程序对典型单层球面网壳结构稳定性能进行对比分析,初步了解了球面网壳弹性与弹塑性稳定性能的主要差异。在此基础上进行了1000余例k8型单层球面网壳弹性、弹塑性全过程分析,同时考虑竖向均布荷载的不对称分布、初始几何缺陷等因素对球面网壳稳定性能的影响,掌握了以上因素变化对球面网壳弹塑性稳定性能的影响规律,并将其定量化。最后,通过对弹性、弹塑性稳定极限承载力的统计分析,提出适用于k8、k6型球面网壳的塑性折减系数,用以表示材料非线性对极限承载力的影响。这些成果的获得为进一步开展网壳结构的弹塑性稳定性能研究以及工程实践提供了理论依据和技术参考。

单层球面网壳稳定性验算公式——本文有计划地对400余例实际尺寸的单层球面网壳进行了荷载-位移全过程分析,求得了它们的极限承载力。系统地考察了网壳几何参数、初始几何缺陷和荷载不对称分布等因素对网壳稳定性的影响。通过这种大规模参数分析的方法,较好地掌握...

刚度对单层叉筒网壳结构的几何非线性稳定的影响——本研究利用非线性有限元方法，对4点支承的单层柱面叉筒网壳进行几何非线性稳定全过程分析。通过配置不同截面杆件以改变结构的刚度，对比分析了结构刚度不同时的静力稳定临界荷载和失稳区域。分析得出结构的主...

大跨钢筋混凝土单层柱面网壳结构的设计与研究——作为一个近年来较少见的空间结构,北京红叶葡萄酒主厂房钢筋混凝土柱面联方网壳的屋盖结构很有特点,结合结构设计,主要介绍了该工程设计的结构方案、结构静力特性、温度应力计算、稳定性及抗震设计,抗震验算中比较...

大跨空间结构具有空间跨度大,结构整体刚度大、受力合理、耗材少、重量轻等优点,在世界各地应用前景非常广阔。但在强震作用下,此种结构破坏严重,经济损失惨重。震害经验与理论研究表明地震动是一种复杂的多维运动,只考虑单分量水平地震作用是不够的,还应考虑竖向地震分量对整体结构的影响。在作者研制的sma-叠层橡胶支座的基础上,针对竖向刚度大、竖向隔震效果不明显的问题,研制一种在上部串联加入碟形弹簧的新型三维隔震支座,并建立一典型的单层柱面网壳结构模型,在输入不同峰值地震动情况下,通过时程反应分析可见,sma三维隔震支座下结构位移、加速度峰值与普通橡胶支座对比明显降低,时程曲线趋于平缓,典型的杆件轴力也有明显降低,说明了sma三维隔震复合支座隔震效果更好。

收稿日期：2008-10-20 作者简介：周志立（1958－），男，江苏南京人，工程师。 对于两纵边支承的大跨度圆柱面张弦网壳的安装施工可 选用：高空散装法、分条或分块安装法、滑移法和综合安装法。 滑移法适用于两边平行的网壳，在现场狭窄、运输不便的情况 下，尤为适合。滑移施工可采用单条滑移法或逐条累积滑移法。 滑移时要求滑移单元应是几何不变体系，两纵边支承张弦 柱面网壳应采用累积滑移施工法。这时应考虑以下核心问题： ①累积滑移时结构在每一施工步骤均不相同，应针对各施工步 骤建立模型计算确定拉索的张拉力。②设计单位给出了屋面荷 载、檩条和结构自重作用下的张拉索力（零状态索力），网壳结 构安装后不待安装檩条就需要对拉索进行补张，因此要从设计 索力反算此索力（补张索力）。③为了降低施工费用，常采用一 台张拉设备进行拉索张拉施工，需计算确定一次张拉便可达到

为了研究半刚性节点单层球面网壳的稳定性能,提出其适用的分析方法,利用大型有限元软件ansys建立螺栓球节点的实体模拟方法和半刚性节点单层球面网壳的数值模型.通过试验数据与数值分析结果的比较,证明方法的可行性,进而模拟工程中常用的螺栓球节点,求得其弯曲刚度,对30m跨度的螺栓球节点单层球面网壳进行稳定性分析.结果表明:节点的弯曲刚度不同时,网壳的稳定性能及其失稳模态变化明显;节点的扭转刚度和节点域不同时,网壳的稳定性能基本没有变化;荷载分布不同时,网壳的稳定性能发生改变.节点的弯曲刚度和不同的荷载分布形式是影响单层半刚性球面网壳稳定性能的重要因素.

单层网壳结构的整体优化理论——本文介绍了一个可用于单层网壳结构的优化算法,通过和已设计的工程对比及新工程设计实践对比,本文介绍的算法具有应用简单、节约用钢量和造价、加快设计速度等优点。

为全面认识大矢跨比球面网壳的弹塑性稳定性能,利用ansys软件及自编的前后处理程序,有计划地针对132例矢跨比为1/4~1/2的大矢跨比k8型单层球面网壳进行弹性、弹塑性稳定性能分析,并对其中典型算例的塑性发展状况进行了全过程跟踪分析.考察网壳的屈曲模态,分析初始几何缺陷、矢跨比,材料非线性对网壳弹塑性极限承载力的影响.结果表明:大矢跨比情况下,初始几何缺陷的存在会导致网壳的极限承载力降低50%,材料非线性对极限承载力的影响也明显大于常用矢跨比情况,塑性折减系数达到0.4,网壳极易发生提前失稳.建议适当提高大矢跨比球面网壳的稳定性验算安全系数.

撞击荷载作用下单层球面网壳动力稳定性研究——本文研究单层球面网壳在撞击荷载作用下的动力屈曲问题。利用ansys/ls-dyna非线性有限元程序,对单层球面网壳在落锤撞击作用下的实验模型,开展了弹性和弹塑性动力稳定性分析。研究和提出了冲击荷载作用下单层网壳的...