某大跨单层球面网壳结构的非线性屈曲研究_魏德敏

将杆件自重乘以修正系数 １． ２ 作为考虑焊接球节点 自重后的结构自重 ． 活载布置考虑两种情况 ： 满跨布 置和半跨布置 ． 本文采用 ＡＮ Ｓ Ｙ Ｓ中的 Ｂ ｅ ａ ｍ １ ８ ８单
４］ ， 将每根杆划分为 元来模拟单层球 面 网 壳 的 杆 件 ［
３ 个单元以考虑杆件的挠曲二阶效 应 和 挠 曲 失 稳 对
） ； ； 基金项目 ：亚热带建筑科学国家重点实验室自主研究课题 （ 华南理工大学中央高校基本科研业务费资助项目 （ ０ １ ２ Ｚ Ｃ ２ ３ ０ １ １ ＺＭ ０ １ １ ５） ２ ２ ） 华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室开放课题 （ ２ ０ １ ２ Ｋ Ｂ ３ ０ ． ： ， 作者简介 ：魏德敏 （ 女， 四川 资 中 人， 博 士， 教 授， 博 士 生 导 师， 主 要 从 事 土 木 工 程 结 构 防 灾 减 灾 的 研 究 ．Ｅ－ｍ ９ ５ ５—） ａ ｉ ｌ ｅ ３ ９ ４ ９ ６ ５ ９ ８ ７＠ １ １ ６ ３． ｃ ｏ ｍ
第１期
魏德敏 ， 等 ：某大跨单层球面网壳结构的非线性屈曲研究
１ ４
／ 对矢跨比为 １ 跨度为８ １， ４ ｍ 的大跨单层球面网 ２． 壳进行了非线性屈曲研究 ． 其研究结果表明 ： 当初始 ］ 几何缺陷的分布按文献 ［ 选取时 ， 计算确定的结构 ２ 稳定承载力不是最低 值 ， 与文献［ 结 论 吻 合； 材料 ３］ 非线性对结构的稳定承载力影响明显 ．
ＫＬ ＋ ＫＧ ＝０ λ
Ｑ ３ ４ ５ Ｂ
（ ） ２
对该大跨单层球面网壳结构进行线性屈曲分析 时， 考虑两种荷载工况 组 合 ： ０满跨活 １． ０ 恒 载 ＋１． ） ； ） 分析 载（ 工况Ｉ 工况Ｉ ０ 恒载 ＋１． ０ 半跨活载 （ Ｉ ． １． 了结构前 １ 其中前 ２ ５ ０ 阶屈曲模态 ， ０ 阶屈曲模态特 图 ２ 列出了工况Ｉ下 征及其相应的特征值λ 见表 ２． 第１ 结构的第 １ 阶 、 第１ 图３列 ０ 阶、 ６ 阶 屈 曲 模 态， 第１ 出了工况 Ｉ 第１ Ｉ下 结 构 的 第 １ 阶 、 ０ 阶、 ９阶屈 曲模态 ． 结合图 ２、 图 ３ 和表 ２ 可 以 看 出 ， 当活载满跨布 置时 ， 前２ ０ 阶 屈 曲 模 态 对 应 的 特 征 值 λ分 布 密 集， 第２ 网壳下部凸起 ０ 阶比第 １ 阶 仅 仅 大 １ １％ 左 右 ． 首次出现在第 １ 阶 屈 曲 模 态 ， 网壳中部凸起首次出 现在第 １ 网壳顶部凸起首次出现在第 ０ 阶屈曲模态 ， 由此可知 ， 网壳的下部刚 度 小 ， 上部刚度相对 ７阶． １ 较大 ， 易发生因局部 环 向 杆 件 屈 服 而 导 致 的 提 前 失
表 １ 构件规格 Ｔ ａ ｂ ｌ ｅ １ Ｓ ｅ ｃ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ｍ ｅ ｍ ｂ ｅ ｒ ｓ ｐ 网格类型 构件 斜杆 布置 铰支座处 １圈 ６圈 ２圈 联方型网格 （ 由外向内布置 ） 环杆 ３圈 １圈 ６圈 １圈 ４圈 凯威特型网格 斜杆 环杆 ６圈
第２ ０ 卷第 １ 期 ０ １ ４年３月 ２
空 间 结 构
Ｐ Ａ Ｔ Ｉ Ａ Ｌ Ｓ Ｔ ＲＵ Ｃ ＴＵＲ Ｅ Ｓ Ｓ
ｏ ｌ ． ２ ０Ｎ ｏ ． １ Ｖ ａ ｒ ． ２ ０ １ ４ Ｍ
某大跨单层球面网壳结构的非线性屈曲研究
魏德敏 ，张科龙 ，姜正荣
） （ 华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室 ， 广东 广州 ５ １ ０ ６ ４ ０ 摘 要 ：为研究杆件稳定 、 初始几何缺陷 、 几何非线性 、 材料非线性对某单层球面网壳结构整体稳定性的影响 ， 首先 对结构进行线性屈曲分析得到屈曲模态和临界荷载 ， 其次采用弧长法对结构进行非线性屈曲全过程分析， 同时确 定最不利初始几何缺陷分布模态 ， 最后采用 Ｎ ｅ ｗ ｔ ｏ ｎ ａ ｈ ｓ ｏ ｎ 法对 按 此 最 不 利 缺 陷 分 布 的 结 构 进 行 弹 塑 性 屈 曲 全 －Ｒ ｐ 过程分析 ． 计算表明 ： 初始几何缺陷按最低阶屈曲模态 分 布 的 一 致 缺 陷 模 态 法 可 能 不 适 用 于 大 跨 单 层 球 面 网 壳 结 构的稳定性分析 ； 荷 载 不 对 称 分 布 对 结 构 的 稳 定 性 更 为 不 利； 初始几何缺陷和材料非线性对结构稳定性的影 响较大 ． 关键词 ：单层球面网壳 ； 初始几何缺陷 ； 非线性屈曲 （ ） 中图分类号 ： ＴＵ ３ ９ ３． ３ 文献标志码 ：Ａ 文章编号 ： ０ ０ ６ ５ ７ ８ ２ ０ １ ４ ０ １ ０ ４ ０ ５ １ ６ ０ ０ － － －
， ， ＷＥ ｌ ｒ Ｉ Ｄ ｅ ｉ ｎ Ｚ ＨＡＮＧ Ｋ ｅ ｏ ｎ Ｊ Ｉ ＡＮＧ Ｚ ｈ ｅ ｎ ｏ ｎ －ｍ － － ｇ ｇ ｇ
（ ｔ ａ ｔ ｅ ｅ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｕ ｂ ｔ ｒ ｏ ｉ ｃ ａ ｌ ｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ， ｏ ｕ ｔ ｈ ｈ ｉ ｎ ａ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ Ｓ Ｋ Ｌ ｏ Ｓ Ｂ Ｓ Ｓ Ｃ Ｕ ｏ Ｔ ｙ ｙ ｐ ｇ ｙ ｇ ｙ， ｆ ｆ
Ｒ ｓ ａ ｌ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｆ ｎ ｏ ｎ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ ｂ ｕ ｃ ｋ ｌ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｏ ｎ ｅ ｌ ａ ｒ ｅ ｎ ｓ ｉ ｎ ｌ ｅ ａ ｅ ｒ － － ｐ ｇ ｇ ｇ ｙ ｓ ｈ ｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｌ ａ ｔ ｔ ｉ ｃ ｅ ｄ ｓ ｈ ｅ ｌ ｌ ｐ
５］ 网壳结构稳定性的影响 ［ ．
图 １ 单层球面网壳结构示意图 （ 单位 ： ｍｍ） Ｆ ｉ ． １ Ｄ ｉ ａ ｒ ａ ｍ ｏ ｆ ａ ｓ ｉ ｎ ｌ ｅ ａ ｅ ｒ ｓ ｈ ｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｌ ａ ｔ ｔ ｉ ｃ ｅ ｄ ｓ ｈ ｅ ｌ ｌ ｌ － ｇ ｇ ｇ ｙ ｐ （ ：ｍｍ） Ｕ ｎ ｉ ｔ 材质 规格 ２ １ ９×８ １ ４ ０×４ １ ５ ９×５ １ ４ ０×４ １ ５ ９×５ １ ５ ９×５ １ ９ ４×６ ２ １ ９×８ １ ５ ９×５ ４ ０×４ １
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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［ １］
］ 文献 ［ 规定 ， 单层 网 壳 应 进 行 稳 定 性 计 算 ， 球面网 ２ 壳的全过程分析可 按 满 跨 均 布 荷 载 进 行 ， 单层球面 根据非线性有限元理论 ， 网壳的跨度不宜大于 ８ ０ ｍ．
空 ．
间网格结构自重轻 ， 可构造中间无支撑的大跨空间 ．
收稿日期 ： ０ ２ ０ １ ３ ４ ９． ２ － －
１ 计算模型
本文考虑图 １ 所示跨度 ８ 矢高 ４ 采用凯 ４ ｍ， ０ ｍ， 威特和联方混合网 格 形 式 的 单 层 球 面 网 壳 ． 单层球 面网 壳 结 构 周 边 节 点 为 铰 接 支 承 ， 构件规格如表 １
２ ２ ， ， ／ ／ 活载为 ０． 所示 ． 结构的恒载为 ０． ３ ｋ Ｎ ｍ ３ ｋ Ｎ ｍ