单层球面网壳结构的性能研讨.pdf

工《程力学》增刊 !999年 ·861 · 单层球面网壳结构的性能研究 马剑 徐国彬 f比七方交通大学土建学院.北京川004引 提要 本文应用SuperSAP93计算程序。对单层联方型球面网壳结构做了静力、动力及稳定分听: 研究了不同矢跨比、支承条件对结构性能的影响及其对结构力学模型选取的影响:得出了一些较有价1ft 的结论r 关键词 单层球面网壳，静力分析，动力分析，稳定分析，力学模型 现代空间结构中，网壳结构常被用于大跨度无柱覆盖空间的建造。它是一种沿曲面形 成的空间结构，是一种典型的三维结构。兼有杆系和板系结构的固有特性。合理的曲面可 使结构力流均匀、节约钢材、具有较大的刚度、结构变形小、稳定性高 另夕卜网壳结构 Vi有代美的建筑造型、施工方便、计算简单。这些使网壳结构成为大跨度结构的较理想的 结构形式之一。单层球面网壳具有杆件少、节点构造简单、经济的特点，更具有发展前途 本文针对单层联方型球面网壳的各种性能一 静力、动力、稳定等以及矢跨比、支承条f千 等各种因素对其的影响.进行了计算和分析 1单层球面网壳计算模型的比较和选取及静力性能分析 单层网壳结构是一种高次超静定的空间受力体系。常用于网壳结构强度分析的方法百 基于连续化假定的拟壳法和基于离散化假定的杆系有限元法。但无论何种方法都需依据杆 件与节点的具体连接方式以确定合理的力学模型。况目.，单层网壳结构具有突出的稳定间 题，选取力学模型就显得十分重要。从理论上说。采取何种力学模型主要取决于杆件湍各 自由度方向上的约束程度。从单层网壳结构的合理传力方式来看。一般认为空间刚性节点 是单层网壳结构的最佳节点形式。但实际计算时，往往由于构造的原因和简化计算的需要 而采用铰接或部分铰接模型，但显然这有一定的近似性。首先.某些型式的网壳结构}Q门 铰联接，就属瞬变体系;其次，采用这种力学模型由于不能反映结构必须的刚度要求 使 所得的结果不能真实地反映实际的受力情况。此外，某些网壳结构的非线性特性较Ill.尤 其是跨度较大、支承约束较少或曲率很小的单层网壳结构，在具体分析时采用线性还a非 线性假定就是一个大问题。线性分析省机时.但对有些固有的非线性问题，如用线性分析 就会造成很大的误差，因而要考虑结构的非线性性能的强弱。 为了分析不同矢跨比、支承条件对结构计算模型选取的影响及具单层网壳位移和内力 的影响，本文构造两个单层联方型球面网壳模型，见图1和图2，这两个网壳跨度,S均为 马C.男. 1973U)W件，二兮fia:二 862 《工程力学》增刊 1999年 47.20m，矢高F分别为14.598m和5.598m,F/、分别为1/3.23和1/8.43，共373个节点， 1068根杆件。杆件的截面规格为价114x4的圆钢管，截面面积A=1382mm2，截面回转半径 i=3.89cm，截面抵抗矩W--36.73cm3，弹性模量E=2.06x10知/mm2。承受0.90kN/m2的均布 荷载。支承条件选取周边支承和多点支承(网壳边界的支承点数几与边界的总节点数B。之 比B,JBb=16/48=1/3)。计算模型取析架、线性梁、非线性梁。 图1网壳模型I(F+S=113..1) 和0由侧图 仆)侧视图 图2 网壳谈里2(FS=118.43) (o1-41侧份:(b)侧视图 1.1两种计算模型位移的比较 图3- (mm)道f周边支承 FS=113.23) (a)别结模型:(b)佼结模型 由计算结果可以看出。周边支承单层球面网壳的矢跨比小于1/8时。结构的承载方式 工《程力学》增刊 1999年 863 还是以薄膜作用为主。但由于弯曲作用以及矢跨比小时结构在壳面外的刚度较小，节点的 挠度较大。为此，要求节点在结构的法平面内能够传递弯矩，并同时传递