网壳屈曲分析

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网壳结构的屈曲分析研究_一_柯以特理论_杨联萍

网壳结构的屈曲分析研究_一_柯以特理论_杨联萍
当然, 上述分析中仍然不清楚所作的近似是否 保证了足够的高阶量, 然而, 相比 Koit er 和 Kuiken ( 1971) 所作的完整分析, 表明结果是正确的, 因而这 些近似是准确的.
注意到一些规范, 规定了组合柱的杆件最大长 细比Km, 例如规定Km≤50. 这正好避免了由于模态耦 合所引起荷载的下降.
屈曲分析中的指导作用, 同时, 也有必要了解柯以特 理论的局限性.
2 柯
以特的
1 2
幂和
2 3

法则 的普
遍正
确性
为了全面分析缺损敏感性, 柯以特研究了光滑
的势能函数0 ( q, K, A) 的逼近形式. 其中, q 为广义位
移, A为很小的缺损参数, K为荷载参数. 对于如图 1
所示的呈对称不稳定分枝屈曲类型的刚性杆, 势能
( 6)
K= 1- [ ( n- 1) k2+ 3k3 ] qn- 2
式 中, k1 = a1/ 2c2, k 2= ncn / 2c2 , 假如 n= 4, k3 = 2b4 / c2 ≠0, 而假如n= 3, k3= 0. 从式( 6) 中消除K, 可发现对
于缺损柱的临界点所对应的 q, 将此 q 代入式( 6) 的
在薄壁结构中大量存在模态耦合问题, 一些不 是缺损敏感性体系, 例如, 整体上腹板加强肋和肋加 强板的屈曲模态. 然而一般而言, 模态耦合将引起极 强的缺损敏感度.
再考虑如图 4a 所示的 August i 柱( 1964) , 或参 见 T hompt on 和 H unt ( 1973) 、T hom pt on 和 Supple ( 1973) 、Supple( 1967) 和Chil ver ( 1967) . 它是长度为 L , 自立式刚性组合柱, 通过两个以竖向所围成的角 q1、q2 描述杆件向任意方向的变形, 并由两个刚度分 别为C1、C2 的弹簧支座固定. 初始缺损通过角q1= A1 和q2 = A2 给出. 假定q1 、q2、A1 、A2 非常小, 则体系势能

施威德勒型单层球面网壳特征值屈曲特性的分析

施威德勒型单层球面网壳特征值屈曲特性的分析

施威德勒型单层球面网壳特征值屈曲特性的分析张宁宁1,张文明21辽宁工程技术大学土建学院,辽宁阜新(123000)2上海宝钢工程技术有限公司,上海 (201900)E-mail:znn88888888@摘要:本文主要以施威德勒型单层球面网壳为研究对象,对其进行特征值屈曲分析,预测一个理想弹性结构的理论屈曲强度,也即弹性屈曲分析方法,确定网壳结构开始变得不稳定时的临界载荷和屈曲模态的形状。

经典的屈曲分析是采用特征值屈曲分析法,它适用于对一个理想弹性结构的理想屈曲强度(歧点)进行预测,主要是使用特征值公式计算造成结构负刚度的应力刚度阵的比例因子。

分析结果表明:结构发生屈曲时,其变形方式会发生分叉,但是这对结构发生失稳时的临界载荷影响很小,在工程分析中若只需要计算结构的临界载荷,则不用过多地考虑这种分叉性。

关键词:特征值屈曲分析,结构稳定,屈曲强度,线弹性中图分类号:TU988.61.引言近年来, 网壳结构发展迅速、形式多样,网壳结构在大跨度建筑中已越来越多地被利用, 而且具有广阔的发展前景。

“穹顶结构之父”—德国工程师施威德勒在薄壳穹顶的基础上提出一种构造形式,即把穹顶壳面划分为径向的肋和纬向的水平环线,且在每个梯形网格内再用斜杆分成两个或四个三角形,使内力分布变得更加均匀,结构自重大大减小,跨度也大大增加,这就是施威德勒空间网壳结构[1]。

对网壳这种大型空间结构, 当地震发生时, 由于强烈的地面运动而迫使结构产生振动, 其惯性作用一般来说是不容忽视的。

结构产生的地震内力和位移, 可能造成结构破坏或倒塌, 因此在地震设防区必须对网壳结构进行抗震计算[2]。

对网壳结构的稳定性能研究有着重要的意义, 这也是工程实践中急待解决的问题[3]。

2.结构稳定及特征值屈曲结构失稳(屈曲)是指在外力作用下结构的平衡状态开始丧失稳定性,稍有扰动则变形迅速增大,最后使结构遭到破坏[4]。

稳定问题一般分为三类,第一类失稳是理想化情况,即达到某个荷载时,除结构原来的平衡状态可能存在外,出现第二个平衡状态,所以又称平衡分岔失稳或分枝点失稳,而数学处理上是求解特征值问题,故又称特征值屈曲。

单层网壳屈曲分析

单层网壳屈曲分析

单层网壳屈曲分析摘要:本文以一跨度60m,矢高12m的凯威特型单层网壳结构为分析对象,考虑几何非线性、初始几何缺陷、材料非线性以及活载的半跨布置,对结构进行屈曲分析。

研究表明:结构几何非线性分析结果与双重非线性屈曲分析结果相差较大;单层网壳结构是对初始缺陷较为敏感;活载半跨分布对球面网壳的稳定性更为不利;关键词:单层网壳;非线性屈曲;活载半跨;初始缺陷引言:单层网壳[1]是一种与平板网架类似的空间杆系结构,系以杆件为基础,按一定规律组成网格,按壳体结构布置的空间构架,它兼具杆系和壳体的性质。

其传力特点主要是通过壳内两个方向的拉力、压力或剪力逐点传力。

此结构是一种国内外颇受关注、有广阔发展前景的空间结构。

1.相关原理——非线性屈曲分析为全面而准确地研究结构屈曲前后的性能,需对结构进行基于大挠度理论的非线性屈曲分析,通过荷载-位移全过程曲线来完整反映结构的稳定性能,其控制方程表达式:(1)式中:为切线刚度矩阵,;为位移增量向量;为等效外荷载向量;为等效节点力向量。

非线性屈曲分析的难点在于全过程路径的跟踪技术。

对式(1)的求解,通常采用N-R法、Full N-R法、弧长法、混合法等[2]。

本文采用改进的弧长法来跟踪结构的屈曲路径全过程[3]。

2.分析模型本文以一K8凯威特型单层球面网壳为研究对象。

该网壳跨度60m,矢高12m,即矢跨比为1/5。

主肋和环杆采用φ152mmX5.5mm钢管,斜杆采用φ146mmX5mm。

结构周边采用固定铰支座。

结构所受荷载为恒载0.5 KN/m2,活载为0.5 KN/m2。

图1为结构平面图以及结构立面图。

在ansys模型中,采用beam188单元模拟结构杆件,弹性模量为2.06E11N/m2,泊松比为0.3,钢材密度为7850Kg/m3。

图1 模型平面图与立面图3.分析结果特征值屈曲分析只能反映结构在线性条件下的稳定性能,因此,有必要进行非线性稳定性分析。

此节采用一致缺陷模态法分析计算结构的稳定性能,按照《空间网格结构技术规程》[4]:初始几何缺陷分布采用结构的最低阶屈曲模态,其缺陷最大计算值按网壳跨度的1/300取值,且稳定承载力系数(仅考虑几何非线性)、(考虑双非线性)。

强震作用下带屈曲约束支撑的K型网壳整体结构性能分析

强震作用下带屈曲约束支撑的K型网壳整体结构性能分析
wih BR Bs unde e e e e r hqua s t rs v r a t ke
W AN G u i,ZH OU u Xi l K n, W U an Ch g
( c o l f iiE gn ei , a z o i r t f c n l y G n uL n h u7 0 5 , hn ) S ho v n i r g L n h uUnv s yo h o g , a s a z o 3 0 0 C i oC l e n ei Te o a
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某单层肋环形球面网壳结构的整体稳定分析

某单层肋环形球面网壳结构的整体稳定分析

某单层肋环形球面网壳结构的整体稳定分析陈庆烈【摘要】整体稳定分析问题一直是球面网壳设计中的关键问题.理论分析和工程实践表明:网壳结构的设计通常受其稳定性控制.网壳结构的整体稳定分析主要有三种:屈曲分析、弹性整体稳定分析和弹塑性整体稳定分析.本文借助有限元分析软件ANSYS,以某单层肋环型球面网壳为代表,对其进行屈曲分析、弹性整体稳定分析和弹塑性整体稳定分析,同时深入研究不同缺陷模式对整体稳定性能的影响.研究发现,单层球面网壳前六阶屈曲模态的整体稳定系数相接近,且出现相邻的重模态现象;最低阶屈曲模态缺陷对网壳结构的弹性整体稳定承载力影响最大,但对其弹塑性整体稳定承载力的影响未必最大,故有必要考察相邻的较低阶屈曲模态缺陷对网壳结构的影响.【期刊名称】《四川建材》【年(卷),期】2016(042)003【总页数】2页(P87-88)【关键词】单层肋环形球面网壳;整体稳定;极限承载力;有限元;缺陷模式【作者】陈庆烈【作者单位】同济大学建筑工程系,上海200092【正文语种】中文【中图分类】TU399某单层球面网壳的直径为30 m,矢高20 m(网壳底部标高0.000 m,网壳顶点标高20.000 m)。

周边边界点为支座节点,且为固定铰支座。

荷载标准值为:均布恒载q=1.0 kN/m2 (不包括结构自重);均布活载p=0.7 kN/m2。

钢材种类选用Q235。

为简化分析,本网壳采用同一杆件截面形式,160×5,径向等分为12份,每根杆件长约1.54 m,环向等分为30份,每根杆件长约0.32~3.14 m。

各杆件选用BEAM188单元,且每个杆件为一个杆单元。

杆件各节点理想刚接,且不考虑节点形式,支座节点理想铰接。

在弹性整体稳定分析时,假定材料为无限弹性;在弹塑性整体稳定分析时,假定材料为理想弹塑性[1]。

当网壳受恒载和活载作用时,其稳定性承载力以恒载与活载的标准组合来衡量,根据JGJ7-2010《网壳结构技术规程》[2](以下简称《技术规程》)中大量算例分析表明:荷载的不对称分布(实际计算中取活载的半跨分布)对球面网壳的稳定性承载力无不利影响。

midas Gen-网壳屈曲分析(已改)

midas Gen-网壳屈曲分析(已改)

例题8 单层网壳屈曲分析1例题单层网壳屈曲分析2例题. 单层网壳屈曲分析概要此例题将介绍利用midas Gen做网壳屈曲分析的整个过程,以及查看分析结果的方法。

该例题的建模利用midas Gen建模助手中的网壳建模助手,这里不再做介绍。

通过该例题希望用户能够了解做网壳屈曲分析的一般步骤和过程。

此例题的步骤如下:1.简介2.输入各种荷载3.定义屈曲分析控制数据4.考虑网壳初始缺陷5.运行分析并查看结果6.非线性屈曲分析例题单层网壳屈曲分析1.简介本例题网壳的几何形状、边界条件以及所使用的构件如图1所示。

荷载只考虑屋盖作用雪荷载的情况,遇到屋盖作用多种荷载的情况,只需按同样的方法加载即可。

(该例题数据仅供参考),荷载组合可以在后处理模式中输入。

➢荷载工况 1 –自重➢荷载工况 2 –屋面恒荷载 2kN➢荷载工况 3 –屋顶活荷载 2kN图1 分析模型3例题单层网壳屈曲分析4 2.输入各种荷载1.设定荷载工况在输入荷载之前先设定荷载工况。

1.点击主菜单选择荷载>静力荷载>建立荷载工况>静力荷载工况2.在对话窗口中输入如图2,所示的荷载工况图2 输入荷载工况注:在极限状态设计法中屋面活荷载与普通层的活荷载的荷载分项系数不同,故荷载工况也需单独输入。

例题单层网壳屈曲分析2.输入自重构件的材料和截面被定义后,程序将根据其体积和比重自动计算结构的自重。

通过在自重指令中输入系数可以定义其作用方向。

输入自重的步骤如下。

1.在功能列表(图3的 )中选择自重2.在荷载工况名称选择栏选择‘自重’3.在自重系数的Z中输入‘-1’4.在操作选择栏点击键1图3 输入自重5例题单层网壳屈曲分析6 3.输入屋面荷载为计算初始缺陷,先计算在各荷载工况组合作用下的基本屈曲模态的屈曲向量,因此将屋面上所作用的恒荷载和活荷载施加到网壳上的各节点上。

图4 屋顶荷载单位力的施加例题单层网壳屈曲分析3.定义屈曲分析控制数据主菜单选择分析>分析控制>屈曲定义屈曲分析控制数据,运行屈曲分析,找到网壳结构最低阶屈曲模态(第一屈曲模态)的屈曲向量,通过该模态的屈曲向量考虑结构的初始缺陷图5 屈曲分析控制数据确认,运行分析。

网壳结构稳定性研究现状分析

网壳结构稳定性研究现状分析

网壳结构稳定性研究现状分析摘要:网壳结构以其受力合理、轻质高强以及良好的跨越能力等优点在世界各地被广泛应用,网壳结构稳定性是衡量其安全与否的重要指标之一,本文综述了网壳结构稳定性的国内、外研究现状,并对网壳结构的应用发展趋势做了总结。

关键词:网壳结构;稳定性1、引言随着人类物质文明和精神文明的发展与提高,人们亟需更大的自由空间及更小内支撑相互干扰的结构的出现,如大型集会场所、体育馆会展中心等。

而一般的平面结构,如刚架、桁架、平板网架等,受其结构形式的限制,跨越能力有限。

为此网壳结构应运而生,它以杆件为基础,按一定的规律组成网格,以壳体构型,兼具杆系和壳体的性质,保证了三维空间受力特性以及空间工作状态。

此外,网壳结构还有以下特点:1)轻型化特征,网壳结构各个构件之间没有特别明显的主次关系,各个构件几乎都能均衡承受荷载,其内力分布较为均匀,受力更加合理。

2)可以将结构美和建筑美有机地结合起来,完美与周围环境协调。

3)计算原理成熟、计算方法简便。

4)具有标准化、规格化特征。

网壳结构的杆件可以用型钢、铝材、木材等建材制成,容易实现建筑构件的大批量工业化生产,多种节点体系的发明及生产方法的高度自动化,可以提高生产效率,降低生产成本,从而使网壳结构的力学合理性与生产经济性完美结合起来,使大跨度网壳结构的广泛应用成为现实。

2、网壳结构稳定性的国内外研究现状网壳结构多数构件呈受压状态,典型的破坏形态是失稳破坏,具有突然性,会造成严重的损失。

尤其对于单层网壳,稳定更是控制其设计的关键,失稳破坏时钢材实际承受的应力水平很低,仅为30~40N/mm?,远未达到钢材屈服强度,使得网壳稳定性成为国内外学者关注的焦点。

网壳结构的计算方法大致分为两类:基于连续化拟壳理论的拟壳法和基于杆系有限元分析理论的离散结构法。

拟壳法的是一种近似方法,可近似算出杆件的内力、节点的位移和结构的稳定性,适合于中小跨度的网壳计算。

随着电子计算机技术的飞速发展,杆系结构的有限元方法已被广泛应用在网壳结构计算上,该法可以精确的计算出网壳结构的内力和挠度。

MIDAS屈曲分析演示幻灯片

MIDAS屈曲分析演示幻灯片

注:在极限状态设计法中屋 面活荷载与普通层 的活荷载的荷载分 项系数不同,故荷 载工况也需单独输 入。
图2. 输入荷载工况
图3. 输入自重
注:若模型需要考虑初始缺 陷,那么施加恒荷 载和活荷载中不应 采用虚面得方式施 加!
图4. 屋顶荷载的施加
3、定义屈曲分析控制数据
图5.屈曲分析控制数据
定义屈曲分析控制数据, 运行屈曲分析, 找到网壳结构最 低阶屈曲模态 (第一屈曲模态) 的屈曲向量,通 过该模态的屈曲 向量考虑结构的
MIDAS/Gen 培训资料
单层网壳屈曲分析
培训目的
---熟悉单层网壳特征值屈曲的操作过程 ---了解单层网壳初始缺陷的施加方法 ---掌握单层网壳非线性屈曲的分析方法
操作步骤
---打开建好的网壳模型,建立荷载工况并施加荷载 ---定义屈曲分析控制数据 ---运行分析得到结构基本屈曲模态的屈曲向量 ---按规范规定考虑初始缺陷调整模型 ---给模型施加实际荷载 ---查看屈曲模态和临界荷载系数
图8.计算初始缺陷EXCEL表格
3、非线性屈曲分析
① 自动生成荷载组合, 建立或修改需要转换成非线性荷载工况的荷载组合,如 图9
② 生成非线性荷载工况:主菜单>荷载>由荷载组合建立荷载工况,如图10 ③ 查看在该工况下线弹性分析位移最大的点,做非线性分析的控制节点 ④ 设定非线性控制数据:主菜单>分析>非线性分析数据,如图11 ⑤ 查看荷载-位移曲线:结果>阶段/步骤时程图表,如图12
建立需要转换成非线性 荷载工况的荷载组合
系数可修改
图9.建立需要转换成非线性荷载工况的荷载组合
图10.由建立的荷载组合生成非线性荷载工况
不断调试, 直到得到理 想的结果

MIDAS屈曲分析

MIDAS屈曲分析
初始缺陷
注:在极限态设计法中屋 面活荷载与普通层 的活荷载的荷载分 项系数不同,故荷 载工况也需单独输 入。
图5.屈曲分析控制数据
二、考虑初始缺陷
1、屈曲向量表格
① ② 主菜单>结果>分析结果表格>屈曲模态 勾选模态1如图6 点击功能列表按鼠标右键(图7 ),可以选择表格数据的小数位数
图6. 分屈曲模态表格对话框
MIDAS/Gen 培训资料
单层网壳屈曲分析
培训目的
---熟悉单层网壳特征值屈曲的操作过程 ---了解单层网壳初始缺陷的施加方法 ---掌握单层网壳非线性屈曲的分析方法
操作步骤
---打开建好的网壳模型,建立荷载工况并施加荷载 ---定义屈曲分析控制数据 ---运行分析得到结构基本屈曲模态的屈曲向量 ---按规范规定考虑初始缺陷调整模型 ---给模型施加实际荷载 ---查看屈曲模态和临界荷载系数
注:在极限状态设计法中屋 面活荷载与普通层 的活荷载的荷载分 项系数不同,故荷 载工况也需单独输 入。
图2. 输入荷载工况
图3. 输入自重
注:若模型需要考虑初始缺 陷,那么施加恒荷 载和活荷载中不应 采用虚面得方式施 加!
图4. 屋顶荷载的施加
3、定义屈曲分析控制数据
定义屈曲分析控制数据, 运行屈曲分析, 找到网壳结构最 低阶屈曲模态 (第一屈曲模态) 的屈曲向量,通 过该模态的屈曲 向量考虑结构的
一、特征值屈曲分析
1、分析模型
本例题网壳的几何形状、边界条件以及所使用的构件如图1所示。 荷载只考虑屋盖作用活荷载的情况,遇到屋盖作用多种荷载的情况,只 需按同样的方法加载即可。(该例题数据仅供参考),荷载组合可以在后 处理模式中输入。
图1. 分析模型

杭州国际会议中心网壳屈曲分析

杭州国际会议中心网壳屈曲分析

杭州国际会议中心网壳屈曲分析本文针对了杭州国际会议中心的结构特殊性,对其C形开口部位和顶部肋环形壳体进行整体屈曲分析,有效地解决了设计上存在的问题,并对类似结构的设计有一定的参考意义。

标签:网壳;屈曲分析;荷载-位移曲线1.工程概况[1]杭州国际会议中心位于杭州市江干区钱塘江北岸的钱江新城核心,是集大型会议中心和白金五星级酒店于一体的钱江标志性建筑(图1)。

该建筑占地面积18500m2,地上总建筑74209 m2,地下总建筑面积52087 m2,其建筑分为地下室、椭球形的裙房、球形主体三大部分。

地下两层为汽车车库、设备用房及酒店和会议的配套用房;裙房为会议中心部分,2层12m高,由宴会厅、会议厅、新闻发布厅等组成;球形主楼为白金五星级酒店,共19层85m高(图2)。

该结构抗震设防烈度为6度,设计基本地震加速度为0.05g,设计地震分组为一组,场地类别为Ⅱ类。

抗震设防类别为乙类。

结构设计使用年限为50年。

设计基本风压:0.50kN/m2,体型系数及风振系数按风洞试验结果采用。

2.结构体型由于本工程特殊的空间球体的体型,造成主楼的结构体系具有以下几个特点:(1)建筑平面为“C”形,结构平面不规则(图3);(2)建筑剖面为“C”形,结构竖向不规则(图2);(3)结构主平面在顶部连为“O”形,形成连体结构;(4)由于建筑空间及立面造型要求,结构框架柱均为斜柱,同時框架梁承担轴向力作用,特别是“C”形开口部位的框架梁承担的轴向力很大。

3.C型开口部位的整体屈曲分析C形开口部位为结构的重要部位,参与球体整体工作,必须采取必要的加强措施,确保在整体分析中其作用的发挥。

同时,该处结构构件直接外露,建筑对结构形式及截面提出了一定的要求。

本工程对C形开口部位设计采取了多方案的比较:方案一、隔层设梁,并调整梁截面,端部设水平加腋斜撑,C形开口部位两侧的第一跨间设置沿球面的竖向斜撑;方案二、隔层设梁,并调整梁截面,53.5m标高处设置腰桁架,设中间观光平台,开口连通,C形开口部位两侧的第一跨间设置沿球面竖向斜撑;方案三、隔层设梁,并调整梁截面,53.5m标高处设置立体空间交叉腰桁架,C形开口部位两侧的第一跨间设置沿球面竖向斜撑。

网壳结构稳定基本理论

网壳结构稳定基本理论
设定这三条直线平行于三个坐标轴,其方向余弦为3╳3的 正交矩阵,随节点转动而变化——“节点方向矩阵”
假定一个节点绕三个坐标轴的转角
9.3.3 单元的转换矩阵
难点: 线性分析:局部坐标被定义为杆端截面主轴方向 非线性分析:每步增量计算中两个杆端截面相对位置变
化 ——引入“单元方向矩阵”、“杆端方向矩阵”、“节
7、荷载分布 雪荷载、风荷载——非对称荷载,十分不利 8、边界条件 影响稳定承载能力和失稳模态 点支承——周边支承 周边简支——周边固支
9.3 网壳结构稳定性分析的有限单元法
9.3.1 单元刚度矩阵的精确化 两类 1、空间杆单元的切线刚度矩阵 切线刚度矩阵——荷载增量与位移增量的对应关系 能量法缺陷:位移二次以上项忽略;坐标系转换基于小
9.3.2 节点角位移的修正
对于大转角问题,刚性节点的最终转动位置取决于节点绕 坐标轴的转动次序,即转动位移不满足交换律——
增量计算中,角位移不能像线位移那样简单叠加,必须给 予修正
在三维空间中,变形后的节点方向可以由与节点刚性相连 的三条直线相对于坐标轴的方向余弦表示,即可唯一确 定任意时刻的节点方向。
位移假设
采用状态平衡方程推导:
2、空间梁单元切线刚度矩阵
有限单元法缺陷:涉及乘方、积分,位移高阶项势必忽 略
梁—柱理论:建立平衡方程,其中力与位移关系用超越 函数表示(Oran采用梁柱理论同时引入Safaan弯曲 函数)
两大坐标系(从节点总体变形中分离弹性变形): 固定的整体坐标系(XYZ) 局部坐标系:随动。X轴通过单元两个端截面的几何形
有限单元法:梁单元切线刚度矩阵 非线性平衡路径跟踪技术 初始缺陷的影响
9.2 影响网壳结构稳定性的主要因素
1、非线性效应(大变位——薄膜应力转化为弯曲应力) 单层网壳:几何非线性影响偏大 双层平板网架:材料非线性影响偏大 双层网壳:几何、材料非线性 几何非线性影响:随跨度增大而增大 材料非线性影响:随跨度减小而增大 材料非线性会增加几何非线性的影响

分析单层网壳屈曲分析PPT课件

分析单层网壳屈曲分析PPT课件

注:在极限状态设计法中屋 面活荷载与普通层 的活荷载的荷载分 项系数不同,故荷 载工况也需单独输 入。
图2. 输入荷载工况
图3. 输入自重
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注:若模型需要考虑初始缺 陷,那么施加恒荷 载和活荷载中不应 采用虚面得方式施 加!
图4. 屋顶荷载的施加
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3、定义屈曲分析控制数据
图8.计算初始缺陷EXCEL表格
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3、非线性屈曲分析
① 自动生成荷载组合, 建立或修改需要转换成非线性荷载工况的荷载组合,如 图9
② 生成非线性荷载工况:主菜单>荷载>由荷载组合建立荷载工况,如图10 ③ 查看在该工况下线弹性分析位移最大的点,做非线性分析的控制节点 ④ 设定非线性控制数据:主菜单>分析>非线性分析数据,如图11 ⑤ 查看荷载-位移曲线:结果>阶段/步骤时程图表,如图12
图5.屈曲分析控制数据
定义屈曲分析控制数据, 运行屈曲分析, 找到网壳结构最 低阶屈曲模态 (第一屈曲模态) 的屈曲向量,通 过该模态的屈曲 向量考虑结构的 初始缺陷
注:在极限状态设计法中屋 面活荷载与普通层 的活荷载的荷载分 项系数不同,故荷 载工况也需单独输 入。
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二、考虑初始缺陷
建立需要转换成非线性 荷载工况的荷载组合
系数可修改
图9.建立需要转换成非线性荷载工况的荷载组合
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图10.由建立的荷载组合生成非线性荷载工况
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不断调试, 直到得到理 想的结果
图11.设定非线性分析控制数据
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结构失稳点
图12.查看结果
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屈曲稳定性分析

屈曲稳定性分析

1概述圆端形空心墩因其横向刚度大、纵横向尺寸搭配合理、适应流水特性好、材料用量少以及施工适应性强等优点被广泛应用于铁路、公路桥梁中。

随着交通大流量的发展,尤其是我国铁路运量的大幅度增加和高铁事业的迅猛发展,多线铁路的建设将成为我国铁路事业的一大发展方向,多线超宽圆端形薄壁空心桥墩的应用也将日益增多。

过去,我国建造的桥墩粗大、笨重、不注重造型,不仅浪费材料而且影响美观。

随着社会经济和科学研究的不断发展,近年来我国建造的桥墩也向着高强、高耸、轻型、薄壁、注重造型的方向发展,不仅可以合理有效地利用下部结构的功能,而且提高了桥梁结构的整体美感。

因此,超宽圆端形薄壁空心桥墩的稳定性问题就越来越凸显出来,其直接关乎着整座桥梁结构的安全和经济性问题。

超宽圆端形薄壁空心桥墩的稳定性问题主要包括墩身的整体稳定和墩壁的局部稳定。

在我国目前的相关规范中并没有明确规定其计算与设计方法,现阶段依然采用经验的办法来解决。

尤其是超宽圆端形薄壁空心桥墩墩壁的局部稳定性,可以参考的规范与文献资料甚少。

通常而言,空心墩的局部稳定问题,主要是采取控制墩壁厚度和设置隔板来增强空心墩墩壁的局部稳定性。

但在过去的模型试验和理论计算中,至今尚未能确定隔板对桥墩稳定和强度有明显的作用。

因在采用滑动模板技术施工时,隔板的影响很大,空心墩不设隔板能否满足各项力学指标,具有很高的研究价值。

在目前我国的铁路桥梁中,单线或者双线圆端形空心墩应用较多,双线以上的超宽桥墩并不多见。

超宽圆端形薄壁空心桥墩壁厚的选取基于什么原则,目前研究很少。

西南研究所、铁二院、西南交大在上世纪70年代曾对矩形、圆柱形、圆锥形空心墩的整体稳定和局部稳定问题进行了研究,但仅仅局限于宽度较小的单线或双线混凝土空心墩,且截面形式中并没有涉及到圆端形。

多线超宽圆端形空心薄壁桥墩在这一方面的研究几乎是个空白,国内外的研究和报道很少。

综上所述,对超宽圆端形薄壁空心桥墩进行稳定性问题的研究具有重要的意义和很高的科学价值。

单层网壳结构对屈曲模态类缺陷的敏感性分析

单层网壳结构对屈曲模态类缺陷的敏感性分析

单层网壳结构对屈曲模态类缺陷的敏感性分析王鹏涛【摘要】网壳结构的稳定性是单层网壳结构设计中的关键问题。

采用一致缺陷模态法对大跨度的K6型单层球面网壳进行结构的缺陷稳定分析和研究,并研究非线性(几何非线性、材料非线性)、初始缺陷等因素对单层网壳承载能力的影响,以及与结构刚度的定性定量关系。

研究表明,缺陷增大将使设计的临界荷载显著下降,最低阶的屈曲模态不一定是结构的最不利缺陷分布,在结构设计中也很少考虑其他阶屈曲模态缺陷对结构稳定性的影响。

因此,研究其他阶屈曲模态对网壳结构的稳定影响是非常必要的。

【关键词】单层球面网壳、稳定、一致模态法、临界荷载1.引言对于网壳结构特别是单层网壳结构,稳定性是其设计中的关键问题[1-2]。

网壳是一个准柔性的高次超静定结构,几何非线性较一般结构比较明显,初始缺陷的大小对其稳定性影响非常显著,因此,考虑初始缺陷对网壳结构的稳定性研究目前仍然是许多研究人员的主要研究课题[3-8]。

结构稳定性分析的主要目的是确定结构的临界荷载,目前常用的两种方法是特征值屈曲分析和非线性稳定分析。

特征值屈曲分析用于预测一个理想弹性结构的理论屈曲强度,但是由于初始缺陷和非线性(几何非线性、材料非线性)等因素的影响,使得很多结构都不可能在其理论的屈曲强度发生屈曲,因此,特征值屈曲分析不能用于实际工程中[7]。

非线性稳定分析是一种荷载——位移全过程分析,假定材料为线弹性,满跨布置均布荷载,确定的临界荷载可用于各种非线性技术,因此可用于对实际结构的分析中。

随着ANSYS、SAP等有限元软件的开发,结构的非线性分析越来越方便研究人员。

本文的分析均是在ANSYS上完成。

在缺陷分析中典型的方法有两类:一类是确定性分析[7],它通过实测或人为假定,将结构的初始缺陷的大小、分布等完全确定下来,然后进行稳定研究分析,得到临界荷载和屈曲路径,并与理想结构进行对比分析,从而确定初始缺陷的影响,一致缺陷模态法即属于此类方法。

midasGEN 对单层网壳非线性分析

midasGEN 对单层网壳非线性分析

midasGEN网壳稳定分析过程算例
根据《空间网格结构技术规程》(JG17-2010)一下规定:
需要计算网壳的安全系数>4.2
以下分别为midasGEN和sap2000进行单层网壳稳定性分析步骤
1、工程介绍:
直径D=32m,矢高f=4.5m单层网壳,支座约束均为固定铰支座,如下图所示:
恒活荷载见模型中数值。

2、下面先进行第一步------屈曲分析
勾选仅考虑正值是,如果出现负值,说明是反向荷载按照一定倍数施加先破坏,但是常规结构一般都是竖直向下荷载会使结构破坏。

勾选检查斯图姆序列是要把最不利的模态排列在前面。

F5运行
显示最不利节点为264节点,记住这一个节点号。

然后施加初始缺陷
点击根据“初始缺陷更新模型”
一般都是选择第一模态(第一模态屈曲因子最小,也是结构最先屈曲的荷载倍数,个人觉得要是模型第一模态要是出现局部屈曲,需要调整模型直至第一模态为整体屈曲模态)
最大值为D/300(注意单位)
然后update会生成另外一个模型。

在这个模型中,需要添加一个非线性分析工况
先添加一个组合
适用之后就会生成一个D+L工况接下来就是非线性分析
我们选择几何非线性----位移控制法------主节点264方向dz位移不足数量10子步骤内迭代次数10最大控制位移:-350mm(正方向向上,这个位移需要进行反复试验才能使分析收敛,分析结果才会有效)点击确认
然后F5进行分析
窗口显示以下内容,说明已经收敛
通过步骤图表输出位移-----安全系数曲线
K最大值为21.6>4.2满足要求。

凯威特型单层球面网壳的特征值屈曲特性分析(精)

凯威特型单层球面网壳的特征值屈曲特性分析(精)

凯威特型单层球面网壳的特征值屈曲特性分析
全部作者:
胡瑞张宁宁
第1作者单位:
辽宁工程技术大学研究生院
论文摘要:
本文主要以施威德勒型单层球面网壳为研究对象,对其进行特征值屈曲分析,特征值屈曲分析用于预测1个理想弹性结构的理论屈曲强度,也即弹性屈曲分析方法。

由于初始缺陷和非线性使得很多实际结构的屈曲行为不是在弹性屈曲强度处发生,所以特征值屈曲分析的结构过于保守。

经典的屈曲分析是采用特征值屈曲分析法,它适用于对1个理想弹性结构的理想屈曲强度(歧点)进行预测,主要是使用特征值公式计算造成结构负刚度的应力刚度阵的比例因子。

特征值屈曲主要特点是在结构未变形位置建立结构总体弹性刚度阵和几何刚度阵,最后把稳定分析转化为求解矩阵广义特征值问题。

关键词:
特征值屈曲分析,稳定,屈曲,变形 (浏览全文)
发表日期:
2007年06月18日
同行评议:
该论文对单层球面网壳的特征屈曲特性进行了分析,具有1定的意义。

但是文中并没有对第2类极点问题进行分析。

且对特征值屈曲模态的结果缺少进1步的分析。

所得的结论没有明显的论据。

建议作者修改。

综合评价:
修改稿:
注:同行评议是由特聘的同行专家给出的评审意见,综合评价是综合专家对论文各要素的评议得出的数值,以1至5颗星显示。

浅谈网壳结构的稳定性分析

浅谈网壳结构的稳定性分析

浅谈网壳结构的稳定性分析浅谈网壳结构的稳定性分析【摘要】稳定性是网壳结构(尤其是单层网壳结构)分析设计中的关键问题。

在设计网壳结构时,除了按常规设计规范验算网壳结构构件强度、稳定性及结构刚度外,还应该进行结构整体稳定性以及对初始缺陷的敏感性验算[2]。

本文对影响网壳稳定性的因素和研究方法做了综述,从而有助于设计人员对网壳稳定性的研究。

【关键词】网壳;稳定性;缺陷网壳结构的稳定性能可能从其荷载-位移全过程曲线中得到完整的概念。

结构的失稳(屈曲)类型分为两种:一种是极值点屈曲,另一种是分枝点屈曲,其中分枝点屈曲又分为稳定分枝点屈曲和不稳定分枝点屈曲。

网壳结构根据不同的曲面形式对初始缺陷的敏感程度不同。

对初始缺陷敏感的网壳,结构稳定承载力会因为初始缺陷的存在而降低,同时,初始缺陷还会导致分枝屈曲问题转化极值点屈曲问题。

分枝点屈曲只发生在理想完善的结构,实际结构都是有初始缺陷的,所以其失稳都极值点屈曲而不是分枝点屈曲。

网壳失稳模态有很多种类型,通常有两种分类方法:一种是根据网壳结构失稳时,结构失稳的变形范围可以分为局部失稳和整体失稳;另一种是根据结构失稳时,构件是否发生塑性变形可以分为弹性失稳和塑性失稳。

局部失稳就是结构在荷载作用下失稳时,如果只有某个或某些局部区域结构偏离了初始平衡位置的失稳变形,而其他区域没有发生偏离初始平衡位置的变形。

结构的局部失稳又可以分为局部节点失稳和局部杆件失稳,局部节点失稳主要表现为结构局部一个或多个节点偏离了其初始平衡位移,这种节点的偏离平衡位置有两种,第一种是节点仍在它初始平衡位置上,但节点已经出现了绕某个自身轴的转动变形,这样的转动变形有可能会造成连接在此节点上的杆件弯曲变形。

第二种是节点偏离了它的初始平衡位置。

局部失稳一般容易发生在结构整体刚度分布不均匀,存在较薄弱的区域或者在结构上某区域作用过大的集中荷载。

整体失稳就是结构在荷载作用下失稳时,结构的大部分或几乎整个结构都偏离了初始平衡位置的失稳变形。

关于屈曲分析的讨论

关于屈曲分析的讨论

24 22:0525 08:34 25 09:2425 15:0825 22:4826 09:1526 10:58 26 11:0826 12:49 26 17:00 26 17:1026 17:1427 10:20a xu2004042积分58帖子632011-1-7 20:40skyfly wrote:(1)特征值屈曲分析预测一个理想线弹性结构的理论分叉点,由于缺陷和非线性行为导致实际结构的承载能力难以达到理想的线性屈服强度,因此特屈曲一般产生非保守解,使用时应该谨慎,但特征值屈曲分析具有其优点。

首先特征值 ...l老师我想再问您一个问题啊,希望不吝赐教我用mst对网壳建模,然后生成dat文件,将其导入ans ys以后,进行非线性分析求极限荷载命令流如下!获得静力解/soluantype,0eqslv,sparpstres,onsolvefinish!获得特征屈曲解/soluantype,1bucopt,lanb,3mxpand,3,0,0,1,0.001solvefinish!查看结果/post1set,firstpldisp,2set,nextpldisp,2set,nextpldisp,2!考虑初始缺陷/prep7UPGEOM,0.1,1,1,'shell','rst',''finish!进行非线性屈曲分析/soluantype,0nlgeom,1outres,all,all,arclen,1,0,0,arctrm,u,1,4,uznsubst,50solvefinish!绘制荷载位移曲线/post26nsol,2,373,u,z,deflectionprod,4,2,,,,,,-1,1,1,prod,5,1,,,,,,28,1,1,/axlab,x,deflection(m)/axlab,y,load(kn/m2)xva r,4plva r,5分析过程中遇到一些问题,请老师们指点迷津:1.施加初始缺陷的时候提示数据没有在文件上设置2.非线性分析时提示某个节点位移很大,我修改了命令arctrm,u,1,4,uz,仍然不行3.最后荷载位移曲线为什么不是条曲线而是直线呢?[这个是mst生成的dat文件] 0.609是夸6.25 50米.rar ( 22.17 K)下载次数182011-3-9 09:2810 20:052012-7-10 15:45 2012-7-12 20:35。

网壳结构的屈曲分析研究_二_壳体屈曲和缺损的非线性分析

网壳结构的屈曲分析研究_二_壳体屈曲和缺损的非线性分析

的上临界点Λ尽管有限元很难准确预测到临界荷载, 但是, 经典临界荷载也仍是有限元程序很好地检测 依据Λ此外, 经典临界状态能够很好的估计壳体周面 的屈曲长度, 这将对非线性分析有所帮助Λ 最后, 由 于其简便性, 经典临界荷载方程为设计规范所采用Λ 所以, 引入了基于经验修正的缩减因子 Λ 到测试结 果中Λ Seide ( 1981) 对受轴向均布荷载的圆柱壳的屈 曲进行了研究, 当
在轴向受压和受弯的组合荷载作用下, 根据大 量试验测试, 从线性相交图中得到横截面的最大临 界荷载 p cr 可近似安全地估计为
p xx p xx a, x x + b, x x = 1 p cr p cr
a b xx
( 7)
b 其中, p a x x、 p x x 分别为单独受压和受弯下的最大法向
2
∫ ∫[ k
A
xx
2
2 2 + ky y + 2vk x x k y y + 2 ( 1- V ) k x x ]d x d y
( 13)
的势能函数中, 采用了适当的非线性应变和曲率Ζ壳 体的势能函数表达式通过简化近似为三次多项式, 类似于式 ( 10) Ζ 由于势能函数总的定性了相应的壳 体 的平衡路径必然是在图 1c 中所定义的一种形式, 这些结论也可参见von Ka rm an 等人 ( 1940) 的著述Ζ 并且, 发现对于壳体系数 C 2 可以非常大, 而使屈曲 后斜率非常陡或呈现跃回现象Ζ 结果导致在很小的 实际变形下壳体的承载能力下降非常大Ζ
相交图也可应用到其它的壳体屈曲问题中, 譬如, 轴 向受压和侧向受压组合的圆柱壳屈曲分析Ζ 大量其它相似于式 ( 6 ) 并把经典荷载引入经验 缩减, 通过线性理论计算的公式可参见各种手册, 或 Ko lla r 和D u lacska ( 1984) 的全面评论Λ
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例题单层网壳屈曲分析
2
例题. 单层网壳屈曲分析1、概要
此例题将介绍利用MIDAS/Gen做网壳屈曲分析的整个过程,以及查看分析结果的方法。

该例题的建模利用MIDAS/Gen建模助手中的网壳建模助手,这里不再做介绍。

通过该例题希望用户能够了解做网壳屈曲分析的一般步骤和过程。

此例题的步骤如下:
1.打开建好的网壳模型
2.输入荷载工况并施加单位荷载
3.定义屈曲分析控制数据
4.运行分析找到结构基本屈曲模态的屈曲向量
5.考虑规范规定的初始缺陷调整模型
6.给模型施加实际荷载
7.运行结构分析
8.查看屈曲模态和临界荷载系数
2、分析模型与荷载工况
本例题网壳的几何形状、边界条件以及所使用的构件如图1所示。

荷载只考虑屋盖作用雪荷载的情况,遇到屋盖作用多种荷载的情况,只需按同样的方法加载即可。

(该例题数据仅供参考),荷载组合可以在后处理模式中输入。

荷载工况 1 – 自重
荷载工况 2 – 屋面恒荷载 2kN
荷载工况 3 – 屋顶活荷载 2kN
图1. 分析模型
3
例题单层网壳屈曲分析
4
3、输入各种荷载
设定荷载工况
在输入荷载之前先设定荷载工况。

1.点击主菜单荷载>静力荷载工况
2.在对话窗口中输入如图2所示的荷载工况
图2. 输入荷载工况
在极限状态
设计法中屋面
活荷载与普通
层的活荷载的
荷载分项系数
不同,故荷载
工况也需单独
输入。

5
输入自重
构件的材料和截面被定义后,程序将根据其体积和比重自动计算结构的自重。

通过在自重指令中输入系数可以定义其作用方向。

输入自重的步骤如下。

1. 在功能列表(图3的 )中选择自重
2. 在荷载工况名称选择栏选择‘自重’
3. 在自重系数的Z 中输入‘-1’
4. 在操作
选择栏点击键
图3. 输入自重
例题单层网壳屈曲分析
6
输入屋面荷载
为计算初始缺陷,先计算在各荷载工况组合作用下的基本屈曲模态的屈曲向量,因此将屋面上所作用的恒荷载和活荷载施加到网壳上的各节点上,。

图4. 屋顶荷载单位力的施加
4、定义屈曲分析控制数据
主菜单>分析>屈曲分析控制
定义屈曲分析控制数据,运行屈曲分析,找到网壳结构最低阶屈曲模态(第一屈曲模态)的屈曲向量,通过该模态得屈曲向量考虑结构的初始缺陷
图5. 屈曲分析控制数据
确认,运行分析。

7
例题单层网壳屈曲分析
8
主菜单>结果>屈曲模态
图6. 最低阶屈曲模态
屈曲向量表格
主菜单>结果>分析结果表格>屈曲模态勾选模态1如图7
点击功能列表按鼠标右键(图8 ),可以选择表格数据的小数位数
图7. 屈曲模态表格对话框
9
图8. 屈曲模态表格
例题 单层网壳屈曲分析
10
5、考虑网壳初始缺陷
把屈曲向量UX 、UY 、UZ 三列数据粘贴到EXCEl 表格,所有以下步骤均可在EXCEL 中完成
1. 查看图6中屈曲向量最大的点,该例子中最大的为节点39
2. 按规范计算初始缺陷最大值(跨度的1/300)
3. 计算初始缺陷最大值与屈曲向量最大值的比值
4. 所有屈曲向量均乘以这个比值,得到各节点的初始缺陷
5. 把该初始缺陷与原对应各节点的坐标相加,改变各节点的坐标
6. 新的模型即是考虑了初始缺陷的网壳模型
7. EXCEL 计算情况见图9
图9. 计算初始缺陷EXCEL 表格
最低阶屈曲
模态的屈量UX 、UY 最大初始缺陷计算值
与最大屈曲向量的比值
网壳结构各节
点的初始缺陷值
11 6、运行分析并查看结果
重复以上表格操作,把考虑了初始缺陷的节点坐标覆盖原模型的节点表格。

1. 运行分析
2. 查看结果:主菜单>结果>屈曲模态 查看图形结果,如图11
3. 查看结果:主菜单>结果>分析结果表格>屈曲模态 查看临界荷载系数和各
屈曲向量,如图12
图10. 屈曲分析控制数据
屈曲分析必须
要有可变荷载,否则不能分析
例题单层网壳屈曲分析
12
图11. 屈曲模态图形结果
图12. 临界荷载系数与屈曲向量
注:特征值屈曲因为无法反应结构的后屈曲性能,其值往往被高估,因此有必要考虑
结构的非线性效应
可变荷载
的临界荷载
系数
13 7、非线性屈曲分析
重复以上表格操作,把考虑了初始缺陷的节点坐标覆盖原模型的节点表格。

1. 自动生成荷载组合
2. 建立或修改需要转换成非线性荷载工况的荷载组合,如图13
3. 生成非线性荷载工况:主菜单>荷载>由荷载组合建立荷载工况,如图14
4.
查看在该工况下线弹性分析位移最大的点,做非线性分析控制节点,如图15 5. 设定非线性控制数据:主菜单>分析>非线性分析数据,如图16 6.
查看荷载-位移曲线:结果>阶段/步骤时程图表,如图17
图13. 建立需要转换成非线性荷载工况的荷载组合
系数可修改
建立需要转换成非线性荷载工况的荷载组合
例题单层网壳屈曲分析
14
图14. 由建立的荷载组合生成非线性荷载工况
图15. 确定非线性分析控制节点
以节点2
81号做为
控制节点
15
图16. 设定非线性分析控制数据
不断调试,直到得到理想的结果
例题单层网壳屈曲分析
16 图17. 结构荷载-时间曲线图表
稳定系数
T h e E n d
w w w.M i d a s U s e r.c o m。

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