某单层球面网壳结构设计和整体稳定性分析
某单层肋环型球面网壳结构的稳定分析
某单层肋环型球面网壳结构的稳定分析
万馨;吕昊;张艳荣;刘志明
【期刊名称】《钢结构》
【年(卷),期】2015(030)011
【摘要】从实际工程出发,运用有限元模型,以单层球面网壳结构在不同荷载分布形式下的屈曲模态为基础,考虑初始缺陷、荷载分布形式和失跨比等影响下的非线性屈曲,分析结构的稳定承载力.结果表明:在竖向满跨均布荷载作用下,结构屈曲模态呈反对称分布,表现为整体竖向屈曲;当初始缺陷为结构跨度的1/300时,结构的稳定承载力最低,与无缺陷结构相比下降了30％左右;荷载的半跨分布和反对称分布使结构的稳定承载力下降了30％和44％左右;稳定极限承载力随着矢跨比的增大而相应的增大.
【总页数】5页(P6-9,13)
【作者】万馨;吕昊;张艳荣;刘志明
【作者单位】内蒙古科技大学建筑与土木工程学院,内蒙古包头014010;内蒙古科技大学建筑与土木工程学院,内蒙古包头014010;内蒙古科技大学建筑与土木工程学院,内蒙古包头014010;包头市地震局,内蒙古包头014010
【正文语种】中文
【相关文献】
1.联方-凯威特型单层球面网壳结构稳定分析 [J], 何源;宿文姬
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3.K8型单层球面网壳非线性动力稳定分析 [J], 路维;孙建恒;孙超;赵淑丽
4.肋环型单层球面网壳结构的频谱特性分析 [J], 郭瑞林;吴培培;晏杰芳
5.凯威特K8型单层球面网壳结构稳定分析 [J], 吴宇明
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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。
单层球面网壳结构静力稳定性研究
单层球面网壳结构静力稳定性研究摘要：科技在迅猛发展，社会在不进步，研究静力作用下空间网壳结构的失稳行为，本文以单层凯威特球面网壳结构为研究对象，分析不同矢跨比、初始缺陷等参数对网壳结构在静力作用下其稳定性能的影响规律，这为以后的工程实践提供一定的理论支持。
关键词：网壳结构；荷载位移曲线；有限元引言空间结构作为新兴的建筑结构，其优势相对突出:整体性能好、材料强度利用率高且材料可充分回收、施工周期短、抗震性能好、造型美观大方、形式丰富多样等。
在大跨度空间结构中，网壳结构由于兼具良好的杆件受力性能和壳体的优美形态，成为当今新式建筑中应用最为广泛的结构形式之一。
传统的网壳结构稳定性分析是基于线性方法，其计算结果和实验值有较大出入，随着理论研究的不断深入，不同的计算方法相继被提出，主要有拟壳法、大规模参数分析方法和非线性有限元分析方法。
多尺度有限元分析方法由于其在计算精度和计算效率两方面均具有较好的平衡，逐渐被国内研究人员推广运用。
深入探讨了多尺度方法在钢框架抗震计算上的适用性问题。
通过对钢筋混凝土柱拟静力试验和单调推覆数值试验的模拟与对比分析，验证了多尺度方法的适用性。
提出了建立大跨度桥梁多尺度基准有限元模型的方法和多尺度有限元模型修正方法，通过与实测数据比较分析，验证了该多尺度基准有限元模型的合理性。
研究了钢结构风致疲劳分析中的多尺度有限元建模技术并验证其合理性。
提出了一种考虑隔震支座特性的隔震结构多尺度模拟方法并结合串联隔震结构振动台试验对多尺度分析方法的有效性进一步验证。
以两个单层空间网格结构的典型子结构拟静力试验结果作为校验，探讨了多尺度有限元模型在空间网格结构抗连续倒塌分析中的应用。
传统的全梁单元建模在模拟结构的整体变形和破坏倒塌方面具有较好的表现，但受限于单元划分的密度以及粗糙的节点刚接处理形式，难以有效地模拟网壳薄弱节点以及局部构件的力学响应，进而得到的分析结果存在不可忽略的偏差。
此外，网壳结构杆件众多，结构复杂，若采用全实体单元的精细化模型，其庞大的计算量将使得迭代计算的收敛和正确性难以保证，计算代价也较为巨大。
单层球面网壳稳定性分析
题目：某K6型单层球面网壳，跨度50m，矢高10m，网格布置如图所示；承受全跨均布恒载，周边铰支，材料弹性模量5φ×。
试计算该结构的稳E=×，杆件截面均为18052.110MPa定承载力。
操作步骤：一、几何模型1、运行MSTCAD2、【建模】>【标准网格】，选择“单层球面网壳”模板（图1）。
单击【下一步】。
图13、选择“单层凯威特型网格”，如图2。
单击【下一步】。
图24、输入跨度50m，矢高10m，环向网格数6，径向网格数6，如图3所示。
单击【完成】。
图35、【文件】>【另存为】，保存为dwg文件，如图4所示。
图46、用AutoCAD打开dwg文件，另存为1.dxf文件（R2000版本），关闭AutoCAD。
7、在工作目录中用记事本建立一个文本文件，后缀为“.in”，内容为“loaddxf 1.dxf”，如图5所示。
图58、运行ADINA，并保存文件（路径名及文件名都不能出现中文），例如保存在D:\ADINAEXAMPLE文件夹中（即第7步的工作目录）。
9、在图6所示工具条上单击“Open”按钮，在打开文件对话框中，文件类型选择“ADINA-INCommand Files (*.in)”，选择第7步建立的文本文件，如图7所示。
单击【打开】。
图6图710、在图8所示工具条上单击“Mesh Plot”按钮，显示几何模型，如图9所示。
图8图9二、物理模型11、指定边界条件在图10所示工具条上单击“XZ View”按钮，将模型切换到XZ视图，如图11所示。
图10图11在图12所示工具条上单击“Apply Fixity”按钮。
图12在图13所示对话框中单击“Define”，定义铰支边界约束条件。
图13在图14所示对话框中单击“Add”。
图14在图15所示对话框中输入约束名称，单击【OK】。
图15在图16所示对话框中输入勾选“X-Translation”、“Y-Translation”、“Z-Translation”，单击【OK】。
单层网壳结构整体稳定性分析
大 众 科 技
ＤＡ ＺＨＯＮＧ Ｊ ＫＥ
Ｎｏ ４。 ２ １ ． ０２
（ ｕ ｌ ｉ ｌ Ｎ ．５ ） Ｃ ｍｕ ｔ ｅｙ ｏ１ ２ ａｖ
单层 网壳结构 整体稳定性分析
武 继 虎天津 ３０ ５ ） ０ ２１
分支平衡路径 与基本平衡路径 的交叉 点称 为分支点 ，线性屈 曲失稳 的临界荷载 Ｎ即为分支 点对应 的外荷载 。
具有壳体 结构特性 的 曲面形状网格结构 。失稳是导致 国内外
网壳结构倒塌 的最 主要 的原因，因此 ，对 网壳结构 的失稳现 象进行研究并计算 结构 的临界荷 载是非常有必要的 。本文 以 结构稳定性分析理论 为基础 ，对 单层网壳整体结构线性稳定 和考虑初始缺 陷的非线性稳 定问题 的分析方法进行 了系统 的 研 究 ，并将研究成果直接应用 于某 站房屋盖的整体稳定性设 计中 ，取得 了 良好 的效果 。
．
１ ０一 ｌ
状态并非连续变化 ，而是跳跃到非邻近的另一较大变形的平
３２非线性屈曲分析 ．
衡状态 ，如 图 ２所示 。结构外荷载增加至极值点后 ，随着荷
载与 内力相 等的平衡状态对应 的平衡路径 ，当结构沿基 本平
【 收稿 日期 】２ １ — ２ ２ ０ ２０ — １
【 作者简介 】 继虎 （ ９５ ） ， 武 １８ 一 ，男 铁道第三勘察设计 院集团有 限公 司城 市轨道 交通分院助理 工程 师， 士学位 ， 事房 硕 从
建 结构研 究。
２ 结构 稳定分析基本 问题
在荷载作用下结构处于稳定平衡状态 ，荷 载逐 渐增加到 某 一值 时 ，若继续施加某一微小增量 ，结构的平衡 状态即发 生 明显 的变化 ，结构体系 由开始 的衡状态变 为不稳 定平 衡状 态 ，最 后达到一个新的稳定状态 ，这就是 结构 失稳 或屈 曲过 程 ，对应 的荷载即为屈 曲荷载或 临界荷载 。结 构失稳主 要有 三种类 型： 第一类 失稳通 常是指结构荷载增加至一定数值 时， 结构 由原来平衡状态变为另外一个平衡状态 ，该类 失稳 又称 为分支 点失稳或平衡分岔失稳 ，这种结构稳定性 问题 的外荷 载 Ｎ与 内力 Ｆ的平衡 曲线如 图 １ 所示 ，基本平衡路径 为外荷
单层网壳结构整体稳定性分析
单层网壳结构整体稳定性分析摘要：作为常用的大跨度空间结构形式之一，单层网壳结构不仅结构形式美观，而且较少的节点和杆件也体现出该结构形式良好的经济性，但现实中单层网壳的整体失稳破坏现象在国内外均有发生，并得到设计师关注。
本文以结构稳定性分析理论为基础，对单层网壳整体结构线性稳定和考虑初始缺陷的非线性稳定问题的分析方法进行了系统的研究，并将研究成果直接应用于某站房屋盖的整体稳定性设计中，取得了良好的效果。
关键词：单层网壳结构；整体稳定性；分析1、前言单层网壳面外刚度弱，随着跨度的增大，结构的承载力主要由稳定控制，稳定验算成为结构设计的关键。
此外，单层网壳对缺陷敏感，其初始缺陷的分布与取值是该领域研究的主要课题之一。
网壳整体稳定性能的影响因素有很多种，而且都具有随机性。
而这些因素之间的相互影响使得网壳结构的稳定性问题变得更为复杂。
因此，对网壳结构进行整体稳定性分析是非常有必要的。
2、结构稳定分析基本问题在荷载作用下结构处于稳定平衡状态，荷载逐渐增加到某一值时，若继续施加某一微小增量，结构的平衡状态即发生明显的变化，结构体系由开始的衡状态变为不稳定平衡状态，最后达到一个新的稳定状态，这就是结构失稳或屈曲过程，对应的荷载即为屈曲荷载或临界荷载。
结构失稳主要有三种类型：第一类失稳通常是指结构荷载增加至一定数值时，结构由原来平衡状态变为另外一个平衡状态，该类失稳又称为分支点失稳或平衡分岔失稳，基本平衡路径为外荷载与内力相等的平衡状态对应的平衡路径，当结构沿基本平衡路径加载达到屈曲临界荷载时，平衡路径发生变化，有可能会出现新的平衡状态，新的平衡路径称为分支平衡路径，分支平衡路径与基本平衡路径的交叉点称为分支点，线性屈曲失稳的临界荷载N即为分支点对应的外荷载。
第二类失稳是指结构在大变形和大位移的不稳定的发展过程中，没有新的变形形式出现，失稳时结构平衡形态本质没有发生改变，这类失稳也称极值点失稳。
当外荷载逐渐增加至极值荷载Nmax后，结构平衡状态由稳定变为不稳定，荷载增大或即使保持不变，结构也会产生很大的位移，若要维持结构内外力之间的平衡必须逐渐减小外荷载。
单层球面网壳的整体稳定性分析
摘
要： 网壳结构 的 非线性 稳 定研 究一 直是 国 内外 学者关 注的 热点 问题 ， 本 文利 用 大型通 用有
限元软 件 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ ， 以肋 环型 单层球 面 网壳 为代 表 ， 进 行 了几何 非 线性 整 体 稳 定 分 析 和 弹 塑性 整 体 稳 定分析 ． 考 察 了网壳初始 缺 陷的 有无 、 初 始 缺 陷的 选取 、 以及 杆 件 划 分 的 单 元数 量 对其 整 体
用弧 长 法 迭 代 求 解 ， 网壳顶 点竖 向位移达 到 ｌ ｍ 时， 迭代 停止 ， 网壳 的 大 位移 几 何 非 线 性荷 载 一位
移 曲线如 图 ２所示 ．
一
单 层 球 面 网 壳 ，跨 度 ６ ０ ｍ，矢 跨 比 ， ／ Ｌ＝
１ ／ ２ （ 半 球壳 ） ； 网壳 采用 肋环 型． 纬 向划 分 ３ ０ 段， 径
Ｖ０ １ ． ３ ３ Ｎ ｏ ． ２
Ｍａ ｒ ． ２ ０１ ５
文 章编 号 ： １ ０ ０ ８—１ ４ ０ ２ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ２—０ １ ８ ３一 Ｏ ３
单 层 球 面 网壳 的整体 稳定 性 分 析①
汤 欢 ， 沈 之 容
（ 同济大学土木工程学院 ， 上海 ２ ０ ０ ０ ９ ２）
位 移几何 非线 性和 单元 弹塑 性 变形 分析 方法研 究 ，
．
１
’
ｌ
’
—
网壳结构 对初 始缺 陷 的敏 感 性 和 网壳 结 构极 限 承 载 能力研究 ， 大 型 网壳结 构稳 定性 试验 方 法探讨 以 及全 过程 分析程 序 的编 制等 … ． 本文 就是在 这 一基础 上 ， 利 用大 型通 用有 限元 软件 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ ， 以肋 环 型单 层 球 面 网 壳 为代 表 ， 进 行 了几何 非线 性整 体 稳 定 分 析 和 弹 塑性 整 体 稳 定 分 析． 考察 了网壳初 始 缺陷 的有无 、 初 始 缺 陷的选 取 、 以及杆 件划 分 的单 元 数量对 其 整体 稳定 的影响 ．
单层网壳结构稳定性分析
摘 要 ： 介绍了网壳结构非线性全过程分析的理论和方法， 利用大型通用有限元分析程序对单层球面网壳结构进
行 建模 及 求解 ， 过 分 析 单 层 球 面 网 壳 的栽 荷 一 移 曲 线 ， 单 层 球 面 网 壳 的 失稳 形 态和 稳 定 性 能 进 行 了研 究 ， 影 响 通 位 对 对
Ｓ ａ ｉｉｙ Ａｎ ｌ ｓ ｓｏｆＳ ｎｇ ｅ Ｌａ ｅ ｔｉ ｅ Ｓ ｌ ｔ ｂ ｌｔ ａ ｙ ｉ ｉ ｌ ｙ ｒ Ｌａ ｔｃ ｈｅ ｌ
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设计 等一 系列课题 成 为空 间 网壳 结 构研 究 的主要趋
势。
移， 具体 讲有 ３种 ： 能 量 的 角 度 ， 从 失稳 是储 存 在结 构 中的应 变能 发 生转 换 ， 网壳 失 稳 时部 分 薄膜应 变 能 向弯 曲应 变能转 变 ； 力 素的性 质方面 ， 从 失稳 是结
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阶 屈 曲 模 态 取 结构 跨 度
，
2 8
．
5
ｍ
的
1 ／
3 0 0
作 为 缺 陷 幅 值 分 析结 果 如
当 引 入 几何 初
所示
。
．
．
．
不 对 该 网 壳 结 构 引 入 初始 缺 陷 时
，
最 大荷 载 因 字 亩 ｆ ａ达 到
？ ＜
1
〇 〇
．
左右
，
而 且 出 现 水平 段
图
4
ｂ
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荷载因 子 位移曲 线
－
大 位移 几 何 非 线 性分 析
（
三 ） 双重 非线 性 分析
，
在 进 行 大位 移 几 何 非 线 性 分 析 的 基 础 上
同 时 考 虑钢 材 的 非线 性 的 影响
－
，
将 材料 的 本 构 关 系 设 置 为 理
5
想弹 塑 性材 料
截 面尺 寸
。
1
4 〇ｘ 4
。
节 点 为 刚 接 节点
Ｈ
型 钢 梁 最 下端 节 点 为 铰接 支
座
。
材 料 均 采用
钢材
。
如图
1
所示
Ｈ 1
图
ｉ
单 层 球 面 网 売 结 构体 系
三
、
结 构设计
采 用 结构 分 析 与 设计 软 件 Ｍ
ｉ
ｄａｓ ／Ｇ ｅ ｎ
进 行 结 构 分析与 设 计 径 向
初始 缺 焰 的 存 在 会 在很 大 程 度 上降 低 结 构 的 承 载 力
［
。
根据 现 行
，
考虑 初始 时 安 装偏 差 的 影 响
图
，
对 该 结 构 引 入几 何初 始 缺 陷 进行 几 何 非线 性 分 析
一
4
］
。
按照
一
致 模态 法 缺 陷 分
。
布模 式 为 线 性 整 体 稳 定分 析得 到 的 第
—
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位移
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）
结 构变 形 图
2
（
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）
桁架 单 元应 力
图
结 构 分 析结 果
工 业 建筑
2 0
1
3
增 刊 6
1
5
第 十 三 届 全 国 现代 结 构 工 程学 术 研讨 会
四
、
整 体稳 定性分析
采 用 有 限 元 软 件 ＡＢ ＡＱＵ Ｓ 对该 单 层 球面 网 壳 结 构 进 行 数 值 建 模
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结构 变 形 图
图
5
（
ｂ
）
荷 栽 因 子 位移 曲 线
－
大 位 移双 重 非 线 性 分 析
五
、
结论
根 据 以 上对 该 单层 球面 网 壳 结 构 进 行 整体稳 定 性 分 析
1 、
，
，
引 起 了 各 界 的 普遍 关 注
。
网 壳 结 构 受 力 特 点 类 似 于 连 续 薄壳 结 构
［
1
］
当 结 构 失 稳时
，
部 分杆 件 和 节 点 发 生 较
大 的 薄膜 平 面 外 变 形 是十 分 重要 的 环 节
，
呈 现结 构表 面大 范 围 内 的 凹 陷 或 凸 起
：
？
，
和 ＡＢＡ ＱＵ Ｓ
，
对 网 壳 结 构 进 行 了 结 构 设 计 以及 整 体稳 定 性 分 析
，
＾
关 键词
：
单 层 球面 网 壳
结构设计
，
整 体稳 定 性
一
、
引 言
空 间 网 壳 结 构 近些 年 来 在 建筑 工 程 中 应 用 越 来 越 广 泛
，
由 于 结 构 整 体失 稳 导 致 的 倒 塌事故 也 时 有发 生
。
6
1
6
工业 建 筑
2 0
1
3
增刊
第十 三 届 全 国 现 代 结 构 工 程 学 术 研讨 会
始 缺 陷 进 行 几何 非线 性分 析 时
，
最 大荷 载 因 子 降 为
8
．
7
左右
，
满 足规 范 中 弹 性 安 全系 数 Ｋ 大 于
4 2
．
的要 求
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ＬＲ ＋
0
．
8
4
ＷＬ Ｘ ＋
．
，
阶屈 曲 模 态
屈 曲 模 态如 图
3
所示
。
（
ａ）
Ｍ ｏ ｄｅ
1
（
ｂ）
Ｍ ｏｄｅ
2
（
ｃ ）
Ｍ ｏ ｄｅ
3
＿＿暴
（
ｄ ） Ｍ ｏｄｅ 4
图
（
ｅ ）
Ｍｏｄｅ
5
（
ｆ ）
Ｍ ｏｄｅ
6
3
线 性屈 曲 模 态
结 构 荷载 因 子如 表
，
，
基 于 有 限 元 分析 理 论 和 技 术
。
对 网 壳 结构 进行 设 计 和 整 体 稳定 性 分 析
，
对 于 优 化 和 改 进结 构 设计 工作
二
、
工程概况
该 单 层 球 面 网 壳结 构 采 用 肋 环 斜杆 型 网 格设计 结 构 跨度
2 8
．
，
5ｍ，
2 ＤＬ ＋ 0
．
6 ＬＲ
－
2
．
6
ＥＱ Ｙ
－
－
1
．
0 Ｓ
Ｗ Ｈ
－
．
0 Ｄ Ｌ ＋ 0
．
5 ＬＲ
＋ 2
．
6 Ｅ
Ｑ Ｘ
－
1
．
0 Ｓ
Ｗ＋
1
．
0 ＤＬ ＋ 0
．
5
ＬＲ ＋ 2
．
6
ＥＱ Ｙ ＥＱ Ｙ
－
1
．
0 Ｓ Ｗ ＋
1
（
自
重
（
（
ＳＷ
）
：
由 程序 自
．
动计 算
，
增 大 系数
1
．
2
（
2
）
恒荷 载
活 荷载 风 荷载
ＤＬ ） 3
：
6 ｋＮ／ ｍ 2 ｋＮ／ ｍ
（
3
）