板片空间结构缺陷稳定分析及试验研究

论文题目: 板片空间结构缺陷稳定分析及试验研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 结构工程

作者: 唐敢

导师: 单建,赵惠麟

关键词: 板片空间结构,稳定分析,缺陷,非线性分叉,临界荷载,改进随机缺陷法,试验,缺陷敏感区域

文献来源: 东南大学

发表年度: 2005

论文摘要: 板片空间结构是一种轻质、高强的新型空间结构体系,其整体稳定性是研究、设计过程中必须解决的问题。另外,板片空间结构属于缺陷敏感结构,在其稳定分析中,缺陷稳定分析是十分重要而又困难的问题,也是结构设计中迫切需要而尚未完全得以解决的问题。本文对板片空间结构体系的稳定性及初始缺陷的影响进行了理论分析和试验研究,主要工作有:1、根据作者的理解,对稳定的基本概念和原理进行归纳和阐述。在对稳定问题进行分类时,在总结各类稳定问题的基本特征的基础上,将非线性分叉问题列为与分支点失稳、极值点失稳、跳跃失稳并列的第四类失稳,并且,还分析了非线性分叉失稳一般发生的条件及其分析方法的基本思想。将四种经典稳定判别准则中的初始缺陷准则应用于非线性有限元分析,提出了研究非线性分叉失稳的初始微小缺陷法。分析了初始微小缺陷法的基本思路、分析步骤和优缺点,并通过相应的试验和算例,证明了初始微小缺陷法是可行的和正确的。2、对板片空间结构进行非线性(几何非线性、材料非线性)稳定性分析,以相应试验和算例为基础,研究了非线性(几何非线性、材料非线性)、结构中的板及板的偏心等因素对板片结构稳定性能(包括结构临界荷载、屈曲构形、破坏形态等)的影响,从而对板片空间结构的稳定性能有了比较全面的认识。3、求结构稳定临界荷载的改进随机缺陷法的研究。在总结现有缺陷分析方法的优、缺点基础上,对它们的思想、假定和实际应用过程中存在的问题进行了理论分析和计算说明,提出了改进随机缺陷法,在阐述其基本假定、指导思想和检验临界荷载分布规律方法的基础上,编写了相应的ANSYS二次开发计算程序和临界荷载分布规律的检验程序。针对不同结构形式的对象,特别是几种常用的板片结构,运用改进随机缺陷法来分析初始几何缺陷对其临界荷载的影响,得出了一些有用的结论,并分析了一致模态法得到的临界荷载的可靠性,从而为板片结构的工程设计和应用提供分析工具和参考。对南通体育会展中心屋盖工程(包括体育馆、会展中心、球形采光顶结构)进行缺陷稳定性分析,并运用改进随机缺陷法研究结构的初始结点位置偏差对其稳定性能的影响,得出了用于工程实际的设计临界荷载值及其概率可靠度。4、为全面了解板片空间结构的受力性能、失稳破坏形态及机理、缺陷对临界荷载的影响,设计了几种常用的板片结构和相对应的一般杆系结构模型,进行稳定性试验。采用液压伺服加载系统(多点加载)和电测相结合的方法,连续跟踪记录结构失稳全过程的荷载位移曲线以及应变变化情况,并以结构实测形状为依据,对比有限元计算结果和试验结果,验证了理论分析方法及改进随机缺陷法的正确性。5、结构的陷敏感区域的研究。顾名思义,结构缺陷敏感区域是指结构中对某种缺陷非常敏感的区域。研究结构缺陷敏感区域具有比较重要的理论和实用价值。本文研究了不同结构形式的对象,特别是几种常用的板片结构的缺陷敏感区域,为其研究、设计、施工等提供了参考。

论文目录:

中文摘要

ABSTRACT

第一章 绪 论

1.1 板片空间结构体系简介

1.2 板片空间结构体系稳定分析的重要性

1.3 研究现状

1.4 本文主要工作

第二章 结构稳定性原理

2.1 稳定性的定义

2.2 稳定判别准则

2.3 能量准则在有限单元法中的应用

2.4 稳定问题的分类

2.5 失稳的原因

2.6 稳定问题与强度问题

2.7 近代稳定性理论

2.8 本章小结

第三章 板片结构稳定性的有限元分析

3.1 概述

3.2 板片结构分析中采用的单元模型

3.3 线性屈曲分析（特征值屈曲分析

3.4 模态分析和特征值屈曲分析

3.5 非线性稳定分析

3.5.1 几何非线性

3.5.2 材料非线性

3.5.3 非线性稳定性的全过程分析技术

3.6 非线性分叉失稳

3.7 算例

3.7.1 单元铰接穹顶结构

3.7.2 一点加载双杆体系

3.7.3 三点加载双杆体系

3.7.4 K6型凯威特单层网壳

3.7.5 单层板杆组合结构

3.7.6 实腹设计模型

3.7.7 空腹设计模型

3.7.8 立体桁架设计模型

3.8 本章小结

第四章 板片结构缺陷稳定性分析

4.1 缺陷的定义

4.2 缺陷的分类

4.3 缺陷与扰动

4.4 初始几何缺陷对板片结构稳定性的影响

4.5 一致模态法在板片结构稳定性分析中的应用

4.6 板片结构稳定性分析的改进随机缺陷法

4.6.1 基本假定

4.6.2 指导思想

4.6.3 程序的编制

4.6.4 临界荷载分布规律的研究

4.6.5 设计临界荷载的取值

4.7 算例

4.7.1 缺陷对K6型凯威特单层网壳的影响

4.7.2 缺陷对单层板杆组合结构的影响

4.7.3 缺陷对实腹设计模型的影响

4.7.4 缺陷对空腹设计模型的影响

4.7.5 缺陷对立体桁架设计模型的影响

4.7.6 南通体育会展中心屋盖工程稳定性分析

4.8 本章小结

第五章 板片结构稳定性试验

5.1 试验概述

5.1.1 试验目的

5.1.2 试件原始数据测量

5.1.3 试验设备

5.1.4 加载方式

5.1.5 数据采集

5.1.6 试验步骤

5.1.7 试验数据处理

5.2 实腹模型试验

5.2.1 实腹模型试验概述

5.2.2 实腹模型试验结果与考虑实测缺陷计算结果

5.2.3 理想坐标实腹模型临界荷载计算

5.2.4 一致模态法计算实腹模型临界荷载

5.2.5 改进随机缺陷法计算实腹模型临界荷载

5.3 空腹模型试验

5.3.1 空腹模型试验概述

5.3.2 空腹模型试验结果与考虑实测缺陷计算结果

5.3.3 空腹模型临界荷载计算

5.4 立体桁架模型试验

5.4.1 立体桁架模型试验概述

5.4.2 立体桁架模型试验结果与考虑实测缺陷计算结果

5.4.3 立体桁架模型临界荷载计算

5.5 大模型试验

5.5.1 大模型试验概述

5.5.2 大模型试验结果与考虑实测缺陷计算结果

5.6 本章小结

第六章 结构缺陷敏感区域的研究

6.1 结构缺陷敏感区域的定义及研究意义

6.2 结构缺陷敏感区域的研究方法

6.3 几种结构的缺陷敏感区域研究

6.3.1 K6型凯威特单层网壳缺陷敏感区域研究

6.3.2 单层板杆组合结构缺陷敏感区域研究

6.3.3 有板立体桁架设计模型缺陷敏感区域研究

6.4 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 研究工作总结

7.2 进一步的研究工作

参考文献

作者在攻读博士学位期间发表论文情况

致 谢

发布时间: 2007-06-11

参考文献

• [1].基于模块化体系的建筑“设计—建造”研究[D]. 辛善超.天津大学2016

相关论文

• [1].高层建筑钢框架结构几何、材料非线性分析[D]. 周奎.东南大学2001
• [2].铝合金结构压弯构件稳定承载力研究[D]. 张铮.同济大学2006
• [3].弹性开口薄壁截面圆弧钢拱的稳定承载力研究[D]. 杨永华.同济大学2006
• [4].建筑膜结构的找形与裁剪分析及膜内张力的超声波测试方法研究[D]. 麻海燕.东南大学2006
• [5].基于二阶分析的钢框架截面优化设计[D]. 王法武.东南大学2006
• [6].考虑局部稳定的铝合金构件及板件的承载力研究[D]. 董震.同济大学2007
• [7].大跨度刚性空间钢结构极限承载力研究[D]. 苏慈.同济大学2006
• [8].大跨度空间钢结构施工全过程力学分析及考虑施工影响的若干要素研究[D]. 史洪泉.东南大学2005
• [9].多点输入下大跨空间结构抗震性能和分析方法的研究[D]. 孙建梅.东南大学2005
• [10].几何缺陷对拱结构力学性能的影响[D]. 易壮鹏.湖南大学2007

标签：板片空间结构论文;  稳定分析论文;  缺陷论文;  非线性分叉论文;  临界荷载论文;  改进随机缺陷法论文;  试验论文;  缺陷敏感区域论文;