网壳结构的稳定性.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * /32 SSRC 主讲人：支旭东 哈尔滨工业大学 第三章 网壳结构 03-1专题： 网壳结构的稳定性 * /32 内容概要 一、概述 二、网壳结构全过程分析方法及实例分析 三、单层球面网壳的稳定性 四、规程关于网壳结构稳定性验算的规定及说明 * /32 网壳失稳现象的分类：即整体失稳和局部失稳 整体失稳是几乎整个结构都出现偏离平衡位置而发生很大几何变位的一种失稳现象 单根杆件失稳是网壳中经常发生的局部失稳现象，点失稳则是另一种局部失稳现象。网壳的整体失稳往往是从局部失稳开始并逐渐形成的 一、概述 * /32 1.非线性连续化理论方法(拟壳法) ? 仅对少数特定的壳体(例如球面壳)才能得出较实用的公式 ? 无法反映实际网壳结构的不均匀构造和各向异性的特点 ? 无法考虑不同荷载分布的影响 一、概述 稳定性分析是网壳结构、尤其是单层网壳结构设计中的关键问题 * 网壳稳定性评估的方法 《空间网格结构技术规程》JGJ7-2010中4.3.1条：单层网壳以及厚度小于跨度1/50的双层网壳均应进行稳定性计算。 * /32 2.模型试验方法 ? 耗费时间，并且成本昂贵 ? 无法考虑不同结构参数的影响 3.非线性有限元——荷载-位移全过程分析 ? 可以精确地反映结构性能随荷载变化的全貌 ? 可以分析不同类型、不同网格、不同结构参数和 不同荷载分布等多种情况 ? 对工程设计人员而言比较复杂，较难掌握 * 网壳稳定性评估的方法 * /32 二、球面网壳全过程分析实例 球壳结构简图 图中数字表示网壳节点发生跳跃屈曲的顺序 * /32 网壳的全过程曲线（节点1-6） * /32 * /32 这些全过程曲线形态变化丰富，曲线上每个临界点对应以某个节点为主的跳跃屈曲（见节点2全过程） * /32 网壳在加载过程中若干时刻的位移形态 屈曲范围从一个主肋节点开始向周围逐渐扩散，最后在网壳上形成一个很大的凹陷 * /32 网壳具有不同初始缺陷(形状偏差)时的全过程曲线 (假设初始形状偏差与网壳的一阶屈曲模态吻合) 1.随着初始缺陷的增加，全过程曲线的变化具有明显规律性。 2.球壳对初始几何缺陷非常敏感，当R=6cm(L/830),临界荷载降低到完善壳的 55%。 * /32 * 单层球面网壳稳定性分析方案 网格划分形式： Kiewitt (K-8,K-6); 短程线型、肋环斜杆型 跨度：L＝40，50，60，70m 矢跨比: f/L= 1/5,l/6,1/7, l/8. 截面尺寸：采用四套不同大小的杆件截面 ( 按设计选择截面 ) 初始几何缺陷：完善壳、具有初始缺陷(最大安装偏差 R= L/1000 - L/100)，采用一致缺陷模态法 不对称荷载分布： p/g= 0,1/4,1/2. (g——满跨均布恒荷载; p——半跨均布活荷载) 三、单层球面网壳的稳定性 * /32 满跨均布荷载下K8型网壳的全过程曲线 点线 带缺陷 实线 完善壳 * /32 球面网壳的屈曲模态 球面网壳的屈曲多数情况下表现为壳面上一个或若干个局部凹陷的形式，这种凹陷从某一节点的跳跃屈曲开始，凹陷的范围逐渐扩大。 Kiewitt 网壳屈曲从主肋节点开始；肋环斜杆型一般从第三环(自外圈算起) 上某一结点开始；短程线型网壳则从三角形球面上某一结点开始 * /32 不同荷载分布对球面网壳稳定性的影响 p/g= 0,1/4,1/2 三条曲线几乎完全重合 * /32 初始缺陷大小对球面网壳稳定性的影响 (r=0,3,6,10,20,30,40,50,60cm) 不同初始缺陷时的全过程曲线 Kiewitt 网壳 (D=60m) 畸变结构 * /32 开始阶段，极限荷载随缺陷增大迅速下降，至缺陷为20cm (L/300)时达最小值，此时极限荷载为完善网壳的50％左右。缺陷再进一步增大时，网壳己严更偏离原来的球面形状，受力也偏离薄膜内力主导状态，变成了一种“畸形结构”。 事实上，当初始缺陷超过一定限度后，这种具有过大初始缺陷的网壳刚度很小，位移发展很快，尽管荷载可能保持上升趋势，但在工程上已没有意义。 L/500~L/300的 安装偏差定为球面 网壳可以接受的 最大允许缺陷； 把理想网壳极限 荷载的50％定为 实际网壳的极限 承载力 * /32 l. 球面网壳均表现出极佳空间工作性能，因而荷载的不对称分布对它们的极限荷载几乎没有影响。因而实际应用时，荷载按恒荷+活荷满跨均布考虑。 2.从实用角度，似乎可以将L/