复杂不规则网壳结构的静动力稳定性分析

论文摘要

稳定性问题在网壳特别是单层网壳结构设计过程中往往起着控制作用,对于形状复杂不规则的网壳结构,其稳定性不容易把握,因此设计中更加需要重视。本文以实际工程深圳市当代艺术馆与城市规划展览馆为研究背景,利用通用有限元软件ABAQUS对其外表皮网壳结构的静动力稳定性能进行了深入的分析研究,为实际工程设计提供了一些具有参考价值的结论。本文对该网壳结构在四种不同荷载工况下进行了特征值屈曲分析,初步判断了结构整体稳定性良好。在此基础上,又进行了几何非线性和几何材料双重非线性全过程跟踪分析,并考虑了不同荷载工况和不同初始缺陷对稳定性的影响,最后分析对比了表皮网壳结构优化设计前后的稳定性能。分析结果表明,该表皮网壳结构整体稳定性符合《空间网格结构技术规程》JGJ 7-2010的要求;结构的整体稳定性对几何初始缺陷不敏感;四种荷载工况下的结构整体稳定性比较接近;材料非线性对结构稳定性的影响较大;优化后的结构稳定性能更好。本文进一步研究了几何初始缺陷对表皮网壳结构整体稳定性的影响,按照一致缺陷模态法的思路分别将特征值屈曲分析得到的前八阶屈曲模态以及一个高阶屈曲模态作为初始缺陷的分布形式引入完善结构,进行几何材料双重非线性全过程分析,得出该结构对初始缺陷不敏感。本文分析了该结构的自振特性,研究了地震作用下结构的动力稳定性,并考虑了不同地震、不同维数地震、初始缺陷对动力稳定的影响。研究表明,地震作用下,该结构抗震性能良好,结构不会出现动力失稳而是结构构件的强度破坏。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题研究的目的和意义
• 1.3 国内外相关方向的研究现状
• 1.3.1 分析计算模型假定
• 1.3.2 网壳结构静力稳定性研究方面
• 1.3.3 网壳结构动力稳定性研究方面
• 1.4 本文研究的工程背景
• 1.5 本文研究的主要内容
• 第2章 网壳结构稳定性分析理论和方法
• 2.1 网壳结构的稳定性
• 2.1.1 屈曲类型
• 2.1.2 网壳结构的失稳模态
• 2.1.3 网壳结构稳定性的主要影响因素
• 2.2 网壳结构的静力稳定性分析方法
• 2.2.1 特征值屈曲分析
• 2.2.2 非线性全过程分析
• 2.3 网壳结构的动力稳定性判别准则及方法
• 2.3.1 网壳结构动力稳定性判别准则
• 2.3.2 网壳结构的动力稳定性判别方法
• 2.3.3 本文采用的动力稳定性判别方法
• 第3章 复杂不规则网壳结构的静力稳定性分析
• 3.1 引言
• 3.1.1 分析对象
• 3.1.2 设计荷载以及荷载工况组合
• 3.2 特征值屈曲分析
• 3.3 表皮网壳结构的几何非线性稳定性分析
• 3.3.1 初始缺陷对表皮钢结构稳定性的影响
• 3.3.2 荷载工况对结构稳定性的影响
• 3.4 表皮网壳结构的几何材料双重非线性稳定性分析
• 3.4.1 初始缺陷对表皮钢结构稳定性的影响
• 3.4.2 荷载工况对结构稳定性的影响
• 3.4.3 几何非线性与几何材料双重非线性稳定分析对比
• 3.5 结构布置优化前表皮网壳结构稳定性分析
• 3.5.1 初始缺陷对稳定性的影响
• 3.5.2 优化前后表皮网壳结构稳定性对比
• 3.6 本章小结
• 第4章 几何初始缺陷的敏感性分析
• 4.1 引言
• 4.2 稳定分析中初始缺陷的引入方法
• 4.2.1 一致缺陷模态法
• 4.2.2 随机缺陷模态法
• 4.2.3 缺陷模态迭代法
• 4.3 表皮网壳结构的几何初始缺陷敏感性分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 复杂不规则网壳结构的动力稳定性分析
• 5.1 引言
• 5.2 表皮网壳结构的自振特性研究
• 5.2.1 自振特性的计算方法
• 5.2.2 表皮网壳结构自振频率的分布规律
• 5.3 地震作用下表皮网壳结构的弹塑性动力稳定性分析
• 5.3.1 地震作用下表皮网壳结构的动力特性
• 5.3.2 阻尼的选取
• 5.3.3 弹塑性动力稳定分析
• 5.4 弹塑性动力稳定性参数分析
• 5.4.1 不同地震动输入对动力稳定的影响
• 5.4.2 不同维数地震波对动力稳定的影响
• 5.4.3 几何初始缺陷对动力稳定的影响
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢