剛性單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)找形與穩(wěn)定研究.pdf

1、世博軸陽光谷結(jié)構(gòu)以其獨特的造型及流暢的網(wǎng)格劃分成為世博會建筑中的耀眼明星。對于自由曲面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格劃分及考慮桿件失穩(wěn)的穩(wěn)定性能分析目前國內(nèi)還沒有相關(guān)研究。本文以陽光谷結(jié)構(gòu)為出發(fā)點,探索剛性單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)更加合理的幾何外形的找形方法,即通過對剛性結(jié)構(gòu)進行找形來尋找具有較高的承載力和建筑美學(xué)價值的網(wǎng)殼形體,并達到兩者的和諧統(tǒng)一。通過對單層柱面網(wǎng)殼、單層球面網(wǎng)殼、單層自由曲面網(wǎng)殼進行找形研究,分析找形方法的優(yōu)勢;同時對在網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定中如何

2、考慮桿件失穩(wěn)影響的穩(wěn)定分析方法進行研究;最后對考慮彎矩作用的梭形格構(gòu)柱的穩(wěn)定性能的進行系統(tǒng)研究。
　　 第一章回顧了網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷史、分類和發(fā)展方向,系統(tǒng)闡述了找形分析和穩(wěn)定分析的基本理論和分析方法的研究現(xiàn)狀,介紹了本文的研究背景,明確了本文的研究內(nèi)容。
　　 第二章對單層柱面網(wǎng)殼進行找形研究,提出了基于力密度法的找形方法。通過在找形過程中引入自重,解決了高斯曲率為零、桿件內(nèi)力為壓力的單層圓柱面網(wǎng)殼的找形問題。將傳統(tǒng)柱

3、面網(wǎng)殼和找形網(wǎng)殼的靜力性能和穩(wěn)定承載力進行比較,分析找形的效果。最后提出一種單層拋物面網(wǎng)殼,可供設(shè)計人員在實際設(shè)計中方便采用。
　　 第三章對單層球面網(wǎng)殼進行找形研究,解決了高斯曲率為正、桿件內(nèi)力為壓力的單層球面網(wǎng)殼的找形問題。找形得到的網(wǎng)殼曲面外形與球面非常接近,但網(wǎng)格劃分均勻,建筑外形美觀,穩(wěn)定承載力隨矢跨比的增大也有不同程度的提高。針對找形網(wǎng)殼桿件類型復(fù)雜的問題,提出了基于作圖方法的找形網(wǎng)殼優(yōu)化方法,在提高網(wǎng)殼承載力的同時

4、減少桿件類型,方便實際生產(chǎn)和安裝.
　　 第四章對自由曲面網(wǎng)殼的設(shè)計思路進行探索,提出自由曲面網(wǎng)殼設(shè)計的思路:首先應(yīng)用力密度法對自由曲面進行找形分析,尋找既滿足建筑美觀要求又符合結(jié)構(gòu)受力合理的曲面形式;針對找形得到的曲面由離散點構(gòu)成的問題,通過逆向建模分析的獲取點云、NURBS曲線構(gòu)建、NURBS曲面構(gòu)建三個步驟得到連續(xù)光滑自由曲面;針對常規(guī)的自動網(wǎng)格劃分方式既不能達到美觀的要求又不能體現(xiàn)力的傳遞的問題,提出通過先人為控制后區(qū)域

5、細化的方式對光滑自由曲面初步劃分網(wǎng)格,然后對初步劃分網(wǎng)格進行力密度法優(yōu)化處理,以得到流暢美觀的網(wǎng)格。并以世博軸1號陽光谷為例,按照上述設(shè)計思路對陽光谷自由曲面的找形及網(wǎng)格劃分做了詳細的研究。最后對經(jīng)曲面找形和網(wǎng)格優(yōu)化的找形陽光谷與實際陽光谷進行靜力性能和穩(wěn)定性能的分析比較。
　　 第五章系統(tǒng)分析了桿件失穩(wěn)對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性能的影響。在網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析中,提出將單根桿件劃分為多個單元并引入桿件初始缺陷方法來“引導(dǎo)”桿件失穩(wěn),并通

6、過比較有限元計算和鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范軸壓構(gòu)件的穩(wěn)定承載力來確定桿件初始缺陷幅值。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)整體失穩(wěn)前不出現(xiàn)桿件失穩(wěn)時,目前僅考慮節(jié)點缺陷的分析方法是適用的;但對結(jié)構(gòu)整體失穩(wěn)前存在桿件失穩(wěn)的網(wǎng)殼,有必要引入桿件初始缺陷考慮桿件失穩(wěn)對結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定承載力的影響。針對上述情況,提出了網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析的合理計算流程。對陽光谷結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定分析過程詳細地描述了桿件逐步失穩(wěn)的過程及其對整體穩(wěn)定承載力的影響。
　　 第六章應(yīng)用非線性有限元法研究了考慮彎矩