单层网壳整体稳定性分析(精品)

目录

1 题目 (1)

2 验算依据 (1)

3 计算简图 (2)

4 荷载信息 (2)

5 ANSYS有限元分析 (3)

5.1 结构线性整体稳定 (3)

5.2 完善结构几何非线性整体稳定 (5)

2.1 带缺陷结构大位移几何非线性整体稳定 (7)

2.2 带缺陷结构大位移弹塑性非线性整体稳定 (10)

6 稳定性系数和性态进行分析、比较 (13)

6.1 极限承载力分析 (13)

6.2 初始缺陷分析 (14)

6.3 带初始缺陷的大位移弹塑性分析 (15)

附录本文采用的ANSYS有限元分析命令流 (16)

1题目

单层球面网壳，跨度40m，矢跨比f／L=1／5，网格环向分6份。

杆件材料：Q235，截面均取圆钢管Φ114.0X4.0，

网壳节点刚接，周边边界点为支座节点，且为固定铰支座。

结构网格形式采用联方型网壳

满跨均布恒载(q)：结构自重(杆件部分)+屋面(0.3kN/m2)

半跨均布活载(p)：p =0.5q

整体稳定计算内容

结构线性整体稳定—给出整体失稳稳定系数值(20)和模态(6)；

完善结构几何非线性整体稳定—给出荷载-位移曲线；

带缺陷结构大位移几何非线性整体稳定—给出荷载-位移曲线；

带缺陷结构大位移弹塑性非线性整体稳定—给出荷载-位移曲线；

对各种稳定性系数和性态进行分析、比较，说明特点。

为了便于比较，取各网壳最高点的λ－w曲线作为比较的对象。

2验算依据

主要计算根据是：

1）罗老师提供的数据文件和资料，以及草图等。

2）我国现行有关规范、规程，主要包括：

《建筑结构荷载规范》（GBJ50009-2001）

《建筑抗震设计规范》（GBJ50011-2001）

《钢结构设计规范》（GBJ50017-2003）

《网架与网壳技术规程》（JGJ61-2003）

《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ81-2002）

《钢结构工程施工及验收规范》（GB50205-2001）本次验算采用了通用有限元软件Ansys进行计算。

3计算简图

计算简图

4荷载信息

1)恒载

(1) 屋面 0.30kN/m2

(2) 自重（包括表面覆盖） 0.55 kN/m2

分项系数：1.2

则分散到每个节点上的力为 1.2x3.14x20x20x(0.3+0.55)/109=11.8 kN/m2

2) 活载

(1) 取恒载一半 0.43 kN/m2

分项系数：1.4

只加半跨

则分散到每个节点上的力为 1.4x3.14x20x20/2x0.43/61=6.20 kN/m2

加载图

5ANSYS有限元分析

5.1结构线性整体稳定

ANSYS分析结果前20阶稳定系数如下：

***** INDEX OF DATA SETS ON RESULTS FILE *****

SET TIME/FREQ LOAD STEP SUBSTEP CUMULATIVE

1 0.52381 1 1 1

2 0.52455 1 2 2

3 0.69295 1 3 3

4 0.71452 1 4 4

5 0.8110

6 1 5 5

6 0.84886 1 6 6

7 1.0803 1 7 7

8 1.1275 1 8 8

9 1.1316 1 9 9

10 1.1498 1 10 10

11 1.2856 1 11 11

12 1.3440 1 12 12

13 1.4580 1 13 13

14 1.5013 1 14 14

15 1.5428 1 15 15

16 1.6217 1 16 16

17 1.6677 1 17 17

18 1.7336 1 18 18

19 1.7860 1 19 19

20 1.9184 1 20 20

其中前六阶失稳模态如下：

1

JAN 5 2007

第1阶失稳模态第2阶失稳模态

第3阶失稳模态第4阶失稳模态

JAN 5 2007JAN 5 2007

第5阶失稳模态第6阶失稳模态

5.2完善结构几何非线性整体稳定

(1)我们仍然假定顶点产生1000mm的位移时，结构达到承载力极限。

此时TIME=0.290281

结构变形图

(2)位移：

X方向位移图

Y方向位移图

Z 方向位移图

顶点的荷载位移曲线

5.3 带缺陷结构大位移几何非线性整体稳定

单层网壳结构的稳定性计算要求取结构线性屈曲的第1 阶模态为初始缺陷形态的

1/300 为初始缺陷最大值。我们假定顶点产生1000mm 的位移时，结构达到承载力极限。

此时TIME=0.290281

顶点的荷载位移曲线

5.4带缺陷结构大位移弹塑性非线性整体稳定

由于非线性屈曲伴随着结构的大变形，且可能已经超出弹性变形的范围，因此需要

对材料模型进行修正，计及其弹塑性效应。本次计算设定材料的屈服应力为200MPa。

结构变形图