网壳结构的整体稳定性分析方法

拟壳法 能提供一 个简单实用 的稳定公式 ， 对有 规则的常用结
目前 的稳定分析集 中于平衡路线 的跟踪 ， 也就是 全过程地 描 构的设计是适用 的。其局 限性也很 明显 ： 把壳 的屈 曲理论引人空 述荷载一位移关系 Ｊ 。传统 的平衡路 线跟踪技 术是将平 衡路 线 问网壳结构 的非线性分 析 ， 未建立 一个合适 的标准 ， 还 薄壳屈 曲 的跟踪分为三个阶段 ： 一个 阶段称为前 屈 曲路 线 的跟 踪 ， 者 理论本身 的缺陷 还未被 克服【 Ｊ 第 或 ¨ 。此外 ， 讨论 的壳体一 般是等 所
较大误差。
３ 基于连 续化假 定的 网壳结构 稳定分 析…
拟壳法是基于连续壳的屈曲理论模 拟分析网壳结 构， 引用等
效刚度条件 得出等效壳的刚度和截 面特性 ， 使相应 的连续壳单元
２ 基于有 限元方法 的 网壳非线性 稳定分 析
非线性稳定 分析 与所分析 的具体对象有极密切 的关 系 ， 网壳 结构非线性屈服路线跟踪算 法又主要集 中于平衡路径跟踪技术 ， 此外 ， 还有基于机构位移分析 的屈曲路 线跟踪技术 。
第 并求 出 结构工程 中得到广泛 的应 用。近十年来 各种壳 体结构 的应用 日 机构位移模态 ； 四阶段为 经过模态综 合确定屈 曲类型 ， 益增多 ， 且结 构形式逐渐 多样化 ， 跨度也越来越 大。但 是壳体结 在这个临界应力和临界荷 载水平 时的稳定 的状 态作为第 二平衡 构的整体稳定性计算分析仍 旧是工程分析与计算 的难点 。
称为第一平衡路线的跟踪 ， 踪是从能量 零点 开始直 到临界点 ， 厚度的和各 向同性的 ， 跟 无法反映实际网壳结构 的不均匀构造和各 跟踪 的 目的是为了确定前 临界荷 载 ， 或称 为上 临界荷载 ； 第二 阶 向异性 的特点 。 段是越过临界点寻找第 二平衡路线的起点 ； 三阶段是跟踪后 临 ４ 基 于参数分 析和数 据拟 合的方 法 第 界路线或称为第二平衡路线 ， 跟踪 的 目的是 为了探测并确定后 临
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６ ・ ４
第３ ６卷 第 ９期 ２０ １ ０年 ３月
山 西 建 筑
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ ＴＥＣＴＵＲＥ
Ｖ０． ６ Ｎｏ ９ １３ ． Ｍａ． ２ ０ ｒ ０１
文章 编 号 ：０ ９６ ２ （０ ０ ０ ，０ ４０ １０ —８ ５２ １ ）９０ ６ —２
路线 的起点 ； 第五 阶段不断卸荷 ， 跟踪第二平衡 。
１ 概述
壳体结构的整体稳定性分析可 以分为以下四类 ： ） １建立在有 限元基础上的网壳结 构非线性 稳定 分析。２ 建立 在连续 化假定 ） 基础上 的等效稳定分析方法 ， 如拟 壳法。３ 建立 在参数分析和数 ） 据拟合基础上 的网壳稳定 设计 分析方法 。４ 基 于缩 尺试验 的 网 ） 壳稳定分 析方法 。下面分别针 对每一种方 法 ， 讨论 其原理 、 研究 现状及应用情况 、 缺点等 内容 。 优
与离散杆单元表 现出相等 的变形。 对拟 壳 法 的研 究 ， 内外 许 多学 者做 了 大 量 的 工 作 ， 国 如
Ｗ ｒ ｈ ￣ Ｂ ｃ ｅｔ１ ］ Ｐ ∞ ［ ］ 国内的胡学仁 ［ ］ ｉ ｔ ｇ ｕ ｈ ｒ［ ｏ Ｃ １ １ １、 ２ 董石麟 ［ ］ 等。 。
， ， ，
２ １ 平衡路 径跟踪技 术 ．
法 Ｉ４、 ３ ］弧长控制法Ｅ 、 ， ５ 自动求解技术 、 Ｊ 能量平衡 技术和 当前刚度
参数 、 初始缺陷等常用 变化范 围内 ， 用 比较精 确 的有 限元分析 应 方法 ， 进行大规模的实 际结构计算 ， 后对计算 结果进行 统计分 然 析和归纳 ， 考察 网壳稳定 性 的变 化规律 ， 最后从 理论高度 进行概
界荷载或称下临界荷载 。要得到失稳破坏 的全过程 ， 就必须得到
４ １ 基 于参数 分析 的拟合计 算方 法＿＿ ． １ ５
该方法思路如 下 ： 采用 大规模 参数分 析的方法 ， 即结合 不同
类 型的网壳结构形式 ， 在基 本参 数包 括几何参数 、 构造参数 、 荷载
结构破坏的下降段 曲线 ， 即要越过极限承载力的临界点 Ⅲ 。 １ Ｊ 常用的 Ｎ ｗｔ － ａｈｏ 、 ｅ ｏ Ｒ ｐ ｓｎ法 增量 法及其修正方 法都失效 ， ｎ 需 要新的技术。作为一种传统的跟 踪策略 ， 于前 屈曲路线 的跟踪 对 各 国学者做了大量 的研 究 ， 目前 主要有人 工弹簧法 Ｌ 、 移控制 ２位 Ｊ
有限元分析方法适用 性强 ， 计算 比较 准确 ， 现在 已经成 为整 体稳定分析的主要 方法 。但是采 用该方 法计算荷 载一位移 下降 段时 比较难 ， 对计算机 的性能有 一定要求 ， 尤其 是分析 大型复杂
的网壳结构时 ， 而且有限元结果 的准 确与否和分析人员 的力学概 念 以及对有限元 方法 的掌握有关 ， 同有 限元模 型之间可能存在 不
网 壳 结 构 的 整 体 稳 定 性 分 析 方 法
华 泽 起
摘 要： 介绍 了壳体结构 的四类整体稳定性分析பைடு நூலகம்法 ， 并分别 阐述 了各 类网壳结 构整体 稳定 性分析 方法的原理 、 研究现 状及其优缺 点， 为工程 结构分析提供指导， 以期提高壳体结构稳定性分析水平。
关键 词 ： 网壳结构， 整体 稳定 性， 分析方法， 优点 ， 缺点
中图分类号 ： Ｕ３ Ｔ ３ 文献标识码 ： Ａ
壳 体结构具有传力合理 、 用料经济 、 造型美观等优点 ， 并且能 区 ， 并确定临界应力 ； 三阶段探 测前 临界 点及确定 临界荷载 ， 第 并
够覆盖较大空问 ， 一种发展前 景十分 广 阔的空间结构形 式 ， 是 在 进行运动模态 的分析 ， 已软化失稳 区作为一 个子结构 ， 出其 将 求
括， 提出关于 网壳稳定设计 的实用方法 。吴轶 、 沈世钊等 采用 该 法等。ｖｃ０＿ 等对当前流行 的数值方 法进行 评判 比较 ， 为修 方法 ， 出了单层双曲扁网壳 的实用设计方法。 ｉ ｒＪ ｔ６ 认 提 正的 Ｃ ｉｉｄ等弧长法＿ 是跟踪屈 曲路 径全过程最 有效 的方 法。 ｒ ｆｌ ｓｅ ７ Ｊ 理想网壳在对称荷载下的极限承载力公式 ：