自由曲面单层网壳施工缺陷对结构稳定性的影响

论文摘要

现代空间结构的设计趋势是设计人员借助电脑虚拟空间、工作模型和模拟分析共同配合来实现极具变化的三维关系。在这种趋势下建筑形式出现了极度自由化,这将会产生自由曲面网壳结构。设计自由曲面网壳结构时,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。如何准确计算结构的稳定临界承载力以及确定各种缺陷对结构稳定性的影响是网壳设计必须考虑的问题。本文分析了具有自由曲面一般规律的单层网壳,通过对比网壳的杆件截面轴向应力和弯曲应力,发现了此类网壳的弯曲应力比轴向应力大。使得缺陷对此类网壳结构的稳定性影响不同于规则的球面网壳和柱面网壳。本文再对具有自由曲面一般规律的单层网壳,在考虑恒载和活载组合工况下,进行了特征值屈曲分析、几何非线性以及几何-材料双重非线性稳定分析,并考察了此类网壳的稳定性以及网壳对初始缺陷的敏感性。再对深圳湾体育中心单层网壳在恒载+活载,恒载+活载+降温,恒载+活载+升温这三种荷载工况下进行特征值分析,几何非线性和几何-材料双重非线性稳定分析,并考察了此结构的稳定性,以及三种荷载工况下的稳定性对比,同时也分析了温度和初始缺陷对网壳稳定性的影响。分析表明,两个网壳在考虑几何非线性情况下,出现了局部屈曲,但屈曲后还可以继续承受荷载,不存在稳定问题。考虑几何-材料双重非线性时,这两个网壳都出现了临界荷载,存在稳定问题,但临界荷载系数大于规范要求,整体稳定性满足要求。温度荷载对深圳湾体育中心的稳定性影响较小。对具有自由曲面一般规律的单层网壳和深圳湾体育中心单层网壳按照一致缺陷模态法以及人为引入较大缺陷（施工误差）的方法引入缺陷,并对其进行缺陷对稳定性影响分析。分析结果表明:初始缺陷对结构的稳定性有影响,但小于规则的球面网壳和柱面网壳,说明此类结构对初始缺陷不敏感。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的来源及研究的目的和意义
• 1.1.1 课题的来源
• 1.1.2 研究背景
• 1.1.3 课题研究的目的及意义
• 1.2 国内外相关方向的研究现状
• 1.2.1 网壳结构稳定性的发展
• 1.2.2 缺陷对网壳稳定性影响的研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第2章 网壳结构稳定性分析理论与方法
• 2.1 网壳结构的稳定性
• 2.1.1 网壳结构的屈曲类型
• 2.1.2 网壳结构稳定的特点
• 2.1.3 网壳的初始缺陷敏感性
• 2.1.4 网壳结构失稳形式
• 2.1.5 影响网壳结构稳定性的主要因素
• 2.2 网壳结构的稳定性分析方法
• 2.2.1 网壳研究的理论与方法
• 2.2.2 网壳结构初始缺陷引入的方法
• 第3章 典型自由曲面网壳缺陷对结构稳定性影响
• 3.1 引言
• 3.2 典型自由曲面单层网壳的建立
• 3.2.1 典型自由曲面网壳的建模
• 3.2.2 荷载工况组合的选取
• 3.2.3 在荷载作用下结构弯矩与轴力
• 3.3 网壳结构特征值屈曲分析
• 3.3.1 特征值屈曲模态分析
• 3.3.2 初始几何缺陷的确定
• 3.4 几何非线性稳定分析
• 3.4.1 初始几何缺陷对结构稳定性的影响
• 3.4.2 人为几何初始缺陷分析
• 3.5 几何-材料双重非线性稳定分析
• 3.5.1 几何非线性与双重非线性分析结果的比较
• 3.5.2 初始缺陷对结构稳定性的影响
• 3.5.3 人为初始缺陷对结构稳定性影响
• 3.6 本章小结
• 第4章 自由曲面单层网壳几何非线性稳定分析
• 4.1 引言
• 4.2 模型分析
• 4.2.1 模型设计难点
• 4.2.2 模型简化
• 4.2.3 荷载工况组合的选取
• 4.2.4 恒载+活载作用结构弯矩和轴力
• 4.3 特征值屈曲分析
• 4.4 几何非线性稳定分析
• 4.4.1 初始缺陷的确定
• 4.4.2 初始缺陷对结构稳定性的影响
• 4.5 人为初始缺陷对结构稳定性的影响
• 4.6 本章小结
• 第5章 自由曲面单层网壳双重非线性稳定分析
• 5.1 引言
• 5.2 几何非线性与双重非线性的简单比较
• 5.3 几何-材料双重非线性稳定分析
• 5.4 人为初始缺陷对结构稳定性影响
• 5.5 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢