球面薄殼和單層球面網(wǎng)殼的穩(wěn)定承載力研究.pdf

1、中圖分類號：TU393.3學(xué)校代碼：10213UDC：624密級：公開工學(xué)工學(xué)碩士碩士學(xué)位論文位論文球面薄殼和單層球面網(wǎng)殼的穩(wěn)定承載力研究碩士研究生：鄭志剛導(dǎo)師：祝恩淳教授申請學(xué)位：工學(xué)碩士學(xué)科：結(jié)構(gòu)工程所在單位：土木工程學(xué)院答辯日期：2012年7月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)摘要I摘要球面薄殼和單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)廣泛用于建筑及其它工程領(lǐng)域。這兩類結(jié)構(gòu)的極限承載力主要取決于穩(wěn)定問題，然而其穩(wěn)定承載力試驗(yàn)的平均值與經(jīng)典屈曲理論的預(yù)測值有很大

2、差異，如何可靠地預(yù)測其穩(wěn)定承載力始終是工程技術(shù)領(lǐng)域中的一個難題。本文通過有限元分析和試驗(yàn)研究探討其穩(wěn)定承載力的預(yù)測問題。首先利用ABAQUS對球面薄殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有限元分析，考慮了結(jié)構(gòu)的幾何非線性以及初始幾何缺陷的影響，發(fā)現(xiàn)在薄殼結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)的荷載位移曲線中，存在一個近乎平直的后屈曲“平臺”段，與之對應(yīng)的荷載定義為后屈曲荷載。繼而根據(jù)球殼失穩(wěn)后的特點(diǎn)，由功能原理推得了徑向均布荷載和豎向均布荷載作用下球面薄殼結(jié)構(gòu)的后屈曲荷載計(jì)算式，并通過大量算

3、例的有限元分析驗(yàn)證了計(jì)算式的正確性。之后通過大量參數(shù)分析，證明了計(jì)算式中的系數(shù)為常數(shù)并得出其近似值。最后通過對前人所做試驗(yàn)結(jié)果的分析驗(yàn)證了用后屈曲荷載表示球殼穩(wěn)定承載力的合理性。由于單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)和球面薄殼結(jié)構(gòu)的整體受力性能相似，本文還對單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有限元分析，考慮了結(jié)構(gòu)的幾何非線性以及初始幾何缺陷的影響，發(fā)現(xiàn)缺陷大小不同網(wǎng)殼的荷載位移曲線也形成了一個近似水平的“平臺”段或者曲線在第一個下降段交匯于同一點(diǎn)。因此，同樣定義“平

4、臺”或“交匯點(diǎn)”對應(yīng)的荷載為結(jié)構(gòu)的后屈曲荷載也即穩(wěn)定承載力。進(jìn)而采用擬殼法，把單層球面網(wǎng)殼轉(zhuǎn)化為與其等效的球面薄殼以預(yù)測其穩(wěn)定承載力，并找到了一種等效方法，能把球面薄殼的后屈曲荷載計(jì)算式擴(kuò)展用于網(wǎng)殼，以獲得網(wǎng)殼的穩(wěn)定承載力。最后，本文設(shè)計(jì)、制作并完成了兩批共4個三向網(wǎng)格單層球面網(wǎng)殼試驗(yàn)，試驗(yàn)所得的屈曲荷載與“平臺”或“交匯點(diǎn)”對應(yīng)的荷載接近，證明了基于后屈曲性能預(yù)測單層球面網(wǎng)殼穩(wěn)定承載力的可行性?？傊疚目紤]了結(jié)構(gòu)的幾何非線性和初始幾