考虑杆件失稳的单层球面网壳整体稳定性研究

摘要

单层网壳结构的稳定性是空间结构研究的重点。目前，对于网壳结构稳定性分析的重点主要是网壳结构的整体稳定性。然而，在实际网壳结构中不可避免的存在初始几何缺陷，主要体现为节点缺陷和杆件缺陷。其中节点缺陷对稳定性影响的研究成果比较丰富，而考虑杆件屈曲对网壳整体稳定性的影响研究较少。在网壳结构的整体失稳之前又可能会存在杆件失稳的情况，因此，考虑杆件屈曲对结构整体稳定性的影响研究显得十分必要。本文详述了单层球面网壳结构失稳的类型，影响网壳结构稳定性的因素，以及单层球面网壳结构稳定性分析方法。网壳结构涉及的非线性问题主要分为几何非线性和材料非线性两个方面，在综合考虑了节点缺陷和杆件缺陷的基础上对单层球面网壳结构的整体稳定性进行了较为详细的研究。
　　 本文对具有缺陷的单根杆件模型进行分析，研究通过对杆件划分不同单元数量时的稳定承载力进行比较，结果表明，对每根杆件划分8个单元是合理可行的。同时研究了在杆件划分8个单元时对杆件取不同的缺陷幅值时的稳定承载力，并通过与钢结构设计规范提供的压杆稳定公式计算所得的稳定承载力进行比较，得出杆件的合理缺陷幅值。
　　 网壳结构的稳定性可以通过其荷载-位移全过程曲线进行分析，初始缺陷对实际网壳结构稳定性能的影响也可以通过荷载-位移曲线进行研究。本文对K8型单层球面网壳结构进行了较为详细的分析，通过对网壳结构在是否考虑杆件缺陷的情况的稳定性进行比较，结果表明，在网壳结构整体失稳之前，若杆件不屈曲，则杆件缺陷对网壳整体稳定性能的影响很小，在分析中可以不考虑杆件缺陷的影响;在网壳结构整体失稳之前，若出现杆件屈曲的现象，则杆件屈曲将会降低网壳结构的稳定承载力，在分析时应该考虑杆件屈曲的影响。为了突出单杆稳定对网壳整体结构稳定性的影响，本文采用削弱杆件的方法。当削弱不同位置处的杆件时，通过荷载-位移全过程分析对单层球面网壳结构的稳定性能进行分析，分析了不同位置处的杆件的稳定性对网壳结构整体稳定性的影响的不同，分析结果表明，处于不同位置处的杆件的屈曲都会对网壳结构整体稳定承载力产生不同幅度的降低，靠近网壳顶部的径向杆件屈曲使结构整体失稳承载力降低幅度最大，其中第二环和第三环的杆件屈曲对网壳结构整体稳定性的影响最大，而处于网壳边缘的径向杆件屈曲对网壳整体稳定性能的影响较小。此外，本文对铰接支撑和固接支撑两种情况下的杆件屈曲对网壳结构整体稳定性的影响做了对比，比较结果表明，不同的支座形式几乎不影响杆件屈曲对网壳结构稳定承载力的降低幅度。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 网壳结构的应用概况及发展前景

1．2 网壳结构的特点

1．2．1 网壳结构的优点

1．2．2 网壳结构的缺点

1．3 网壳结构稳定性研究现状

1．3．1 网壳结构稳定性研究的必要性

1．3．2 网壳结构稳定性研究的理论发展

1．3．3 缺陷对网壳结构稳定性影响的研究现状

1．4 本文研究意义和主要内容

2 网壳结构稳定性分析理论

2．1 结构稳定的概念

2．1．1 稳定的概念

2．1．2 失稳的类型

2．1．3 失稳的特征

2．2 屈曲分析

2．2．1 特征值屈曲分析

2．2．2 非线性屈曲分析

2．3 缺陷对网壳结构稳定性的影响

2．3．1 缺陷的定义及分类

2．3．2 网壳结构的失稳模态

2．3．3 网壳结构稳定性的影响因素

2．3．4 网壳结构失稳的判定方法

2．4 网壳结构稳定性分析方法

2．4．1 初始缺陷的引入方法

2．4．2 ANSYS非线性屈曲分析过程

2．5 本章小结

3 考虑杆件缺陷的单杆有限元模型

3．1 单根杆件划分单元数量的确定

3．2 单根杆件初始缺陷幅值的确定

3．3 本章小结

4 单杆屈曲对网壳整体稳定性的影响

4．1 单层球面网壳结构有限元模型

4．2 杆件缺陷对结构整体稳定性的影响

4．3 杆件屈曲对结构整体稳定性的影响

4．3．1 削弱第一根杆件对结构整体稳定性的影响

4．3．2 削弱第二根杆件对结构整体稳定性的影响

4．3．3 削弱第三根杆件对结构整体稳定性的影响

4．3．4 削弱第四根杆件对结构整体稳定性的影响

4．3．5 削弱第五根杆件对结构整体稳定性的影响

4．3．6 削弱第六根杆件对结构整体稳定性的影响

4．4 不同位置处的单根杆件对结构整体稳定性的影响

4．5 径向连续多杆件对结构整体稳定性的影响

4．6 径向不同位置处的连续二根杆件对结构整体稳定性的影响

4．7 径向不同位置处的连续三根杆件对结构整体稳定性的影响

4．8 不同支座形式下的杆件屈曲对网壳整体稳定性的影响

4．9 本章小结

5 主要研究结论和今后工作展望

5．1 主要研究结论

5．2 今后工作展望

参考文献

论文发表情况

作者简历

致谢