單層網(wǎng)殼整體結(jié)構(gòu)中桿件的穩(wěn)定性分析和試驗研究.pdf

1、單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)中應(yīng)用最多的結(jié)構(gòu)形式之一。隨著社會的發(fā)展，人們對單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的跨度要求越來越高，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性問題是制約網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)發(fā)展的重要的因素。在單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)設(shè)計時主要考慮整體的穩(wěn)定性，對結(jié)構(gòu)中桿件的穩(wěn)定性關(guān)注過少。本課題運用有限元軟件ANSYS對考慮桿件失穩(wěn)的單層網(wǎng)殼進(jìn)行穩(wěn)定性分析，并用試驗進(jìn)行驗證，對桿件的穩(wěn)定性控制分別從桿件計算長度系數(shù)和穩(wěn)定系數(shù)方面進(jìn)行探討，本文主要針對以下幾方面進(jìn)行研究：
　　對不同截面的單根桿

2、件采用梁單元進(jìn)行非線性分析得到桿件的承載力，將有限元結(jié)果與鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范的計算值進(jìn)行比較，得出桿件缺陷的合理幅值。對無缺陷、僅有節(jié)點缺陷及同時考慮桿件和節(jié)點缺陷情況下不同截面的單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，進(jìn)行雙重非線性分析，得到單層網(wǎng)殼的的荷載位移曲線，通過對比得出考慮桿件缺陷的網(wǎng)殼承載力要低。對不同截面的網(wǎng)殼進(jìn)行全過程分析，得出失穩(wěn)桿件的軸力荷載曲線，可以發(fā)現(xiàn)在結(jié)構(gòu)達(dá)到極限承載力前出現(xiàn)了桿件的失穩(wěn)。并發(fā)現(xiàn)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的破壞過程是某根桿件或某些桿件引起的，對

3、于圓鋼管截面網(wǎng)殼中的桿件主要發(fā)生殼體曲面外失穩(wěn)，對于矩形截面網(wǎng)殼中的桿件發(fā)生平面內(nèi)繞弱軸的失穩(wěn)。
　　對圓鋼管截面的網(wǎng)殼進(jìn)行了模態(tài)和穩(wěn)定性試驗研究，通過模態(tài)試驗數(shù)據(jù)分析可知，采用ITD法結(jié)合穩(wěn)定圖法能夠用于網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)識別，利用ANSYS分析試驗?zāi)Ｐ偷念l率，其結(jié)果與試驗結(jié)果吻合較好。網(wǎng)殼破壞后發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)殼破壞時節(jié)點呈現(xiàn)向心形，桿件出現(xiàn)風(fēng)車形變形，最外圈桿件和次外圈有缺陷桿件發(fā)生殼體平面外失穩(wěn)，最內(nèi)環(huán)桿件變形較小。由試驗的破壞過

4、程可知，試驗網(wǎng)殼的失穩(wěn)是由于結(jié)構(gòu)中有缺陷的桿件先行屈曲而后發(fā)展為結(jié)構(gòu)的整體破壞，破壞是瞬間的。對比試驗和理論分析的結(jié)果可看出，桿件的缺陷對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的承載性能有顯著的影響，故網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析時，考慮桿件穩(wěn)定性影響才能得到接近實際的結(jié)構(gòu)承載能力。單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)桿件主要承受軸力，可以近似的看作受壓構(gòu)件。對鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范和網(wǎng)格技術(shù)規(guī)程中桿件的計算長度系數(shù)進(jìn)行了推導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)規(guī)范推導(dǎo)時做了一些假定，使用具有一定的局限性。對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中防止桿件的失穩(wěn)，從整