網(wǎng)殼結構的缺陷穩(wěn)定分析及安全性能研究.pdf

1、現(xiàn)在越來越多的公共建筑采用了網(wǎng)殼這種結構型式，因此，結構的穩(wěn)定極限承載能力和安全性能即結構的超載能力越來越受到設計人員的關注。大量的工程實踐和文獻研究證明，網(wǎng)殼結構屬于缺陷敏感結構，較小的初始缺陷能夠使結構的穩(wěn)定極限承載力大幅下降，因此缺陷穩(wěn)定分析在結構的設計中是十分重要而又困難的問題，此外，其他因素對網(wǎng)殼結構穩(wěn)定極限承載能力和安全儲備的影響也不能忽略，如不均勻雪載作用、結構支座的布置方式等。因此，如何對網(wǎng)殼結構進行缺陷穩(wěn)定分析，以及在

2、此基礎上，不同情況（如荷載不對稱分布等）對網(wǎng)殼結構穩(wěn)定極限承載力和安全儲備的影響等都是結構設計中必須要解決的問題。 為此，本文首先研究在網(wǎng)殼結構的靜、動力穩(wěn)定分析中考慮結構初始缺陷（構件的初始彎曲、殘余應力及結構節(jié)點的安裝偏差）的方法，并系統(tǒng)地研究結構初始缺陷對結構靜、動力穩(wěn)定性的影響；在此基礎上，圍繞網(wǎng)殼結構設計選型中幾個比較重要的設計因素（結構的矢跨比、荷載的分布形式、支座的布置方式）對網(wǎng)殼結構的安全儲備即靜、動力超載能力和

3、延性性能進行了系統(tǒng)的研究，并將分析方法運用到具體的工程實踐中。本文的工作主要體現(xiàn)在以下幾個方面： 1．推導了可以考慮殘余應力和初始彎曲的桿單元和梁單元的有限元表達式 對于桿單元：利用有初始彎曲的桿件的平衡微分方程推導得到了桿單元的初始彎曲影響系數(shù)，并且利用CRC模型考慮了殘余應力的影響；對于梁單元：以精細化塑性鉸梁柱單元為基礎，將初始彎曲以桿端附加彎矩的方式考慮進了單元的桿端力中，并且利用CRC模型考慮了殘余應力的影響，

4、從而使單元可以同時考慮殘余應力和初始彎曲的影響。 2．改進了考慮節(jié)點安裝偏差的隨機缺陷模態(tài)法 針對球面網(wǎng)殼結構，本文改進了僅能考慮節(jié)點安裝偏差的隨機缺陷模態(tài)法，不僅可以獲得具有一定概率保證率的最小極限荷載，大大地減少結構非線性分析的工作量，而且同時可以考慮結構構件的初始彎曲和殘余應力，與規(guī)范中規(guī)定采用的一致缺陷模態(tài)法相比，具有更高的精度，從而使網(wǎng)殼結構的缺陷穩(wěn)定分析更加準確。 3．編寫了桿單元和梁單元的有限元程序

5、并將其加入到了ANSYS的單元庫中 在程序開發(fā)方面，本文利用大型通用有限元軟件ansys的UPFs程序接口，開發(fā)了可以考慮殘余應力和初始彎曲的梁單元和桿單元，從而降低了開發(fā)周期，減少了重復勞動，簡化了程序的后期維護工作，充分保證了程序的穩(wěn)定性和可靠性。 4．研究了初始缺陷對網(wǎng)殼結構靜、動力穩(wěn)定性能的影響 以本文的單元為基礎，分別研究了構件的殘余應力、初始彎曲和結構節(jié)點的安裝偏差對單層、雙層網(wǎng)殼靜、動力穩(wěn)定性能的影

6、響，得到了具體的影響規(guī)律；在此基礎上，總結提出了考慮缺陷的網(wǎng)殼結構的設計計算方法，從而可以用于指導網(wǎng)殼結構的設計 5．研究了不同情況下網(wǎng)殼結構的延性性能和安全儲備即超載能力 為了表征結構的超載能力和延性，本文定義了網(wǎng)殼結構的超載安全系數(shù)和延性系數(shù)。在本文所推導單元的基礎上，圍繞網(wǎng)殼結構設計選型中幾個比較重要的設計因素（結構的矢跨比、荷載的分布形式、支座的布置方式）對網(wǎng)殼結構的安全儲備即靜、動力超載能力和延性性能進行了初步