網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)型式，因此，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定極限承載能力和安全性能即結(jié)構(gòu)的超載能力越來越受到設(shè)計人員的關(guān)注。大量的工程實踐和文獻(xiàn)研究證明，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)屬于缺陷敏感結(jié)構(gòu)，較小的初始缺陷能夠使結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定極限承載力大幅下降，因此缺陷穩(wěn)定分析在結(jié)構(gòu)的設(shè)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)支座的布置方式等。因此，如何對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行缺陷穩(wěn)定分析，以及在

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

3、延性性能進(jìn)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(dǎo)了可以考慮殘余應(yīng)力和初始彎曲的桿單元和梁單元的有限元表達(dá)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(dǎo)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(yīng)力的影響；對于梁單元：以精細(xì)化塑性鉸梁柱單元為基礎(chǔ)，將初始彎曲以桿端附加彎矩的方式考慮進(jìn)了單元的桿端力中，并且利用CRC模型考慮了殘余應(yīng)力的影響，

4、從而使單元可以同時考慮殘余應(yīng)力和初始彎曲的影響。 2．改進(jìn)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(jié)構(gòu)，本文改進(jìn)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(jié)構(gòu)非線性分析的工作量，而且同時可以考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)件的初始彎曲和殘余應(yīng)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(jié)構(gòu)的缺陷穩(wěn)定分析更加準(zhǔn)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(yīng)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(fù)勞動，簡化了程序的后期維護(hù)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(jié)構(gòu)靜、動力穩(wěn)定性能的影響 以本文的單元為基礎(chǔ)，分別研究了構(gòu)件的殘余應(yīng)力、初始彎曲和結(jié)構(gòu)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(chǔ)上，總結(jié)提出了考慮缺陷的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算方法，從而可以用于指導(dǎo)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的設(shè)計 5．研究了不同情況下網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的延性性能和安全儲備即超載能力 為了表征結(jié)構(gòu)的超載能力和延性，本文定義了網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的超載安全系數(shù)和延性系數(shù)。在本文所推導(dǎo)單元的基礎(chǔ)上，圍繞網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)設(shè)計選型中幾個比較重要的設(shè)計因素（結(jié)構(gòu)的矢跨比、荷載的分布形式、支座的布置方式）對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的安全儲備即靜、動力超載能力和延性性能進(jìn)行了初步