浅谈网壳结构的稳定性分析

浅谈网壳结构的稳固性剖析浅谈网壳结构的稳固性剖析【纲要】稳固性是网壳结构（特别是单层网壳结构)剖析设计中的重点问题。在设计网壳结构时，除了按惯例设计规范验算网壳结构构件强度、稳固性及结构刚度外，还应当进行结构整体稳固性以及对初始缺点的敏感性验算[2］。本文对影响网壳稳固性的要素和研究方法做了综述，进而有助于设计人员对网壳稳固性的研究.【重点词】网壳；稳固性；缺点网壳结构的稳固性能可能从其荷载-位移全过程曲线中获得完好的观点。结构的失稳(屈曲)种类分为两种：一种是极值点屈曲，另一种是分枝点屈曲，此中分枝点屈曲又分为稳固分枝点屈曲和不稳固分枝点屈曲。网壳结构依据不一样的曲面形式对初始缺点的敏感程度不一样。对初始缺点敏感的网壳,结构稳固承载力会因为初始缺点的存在而降低，同时，初始缺点还会致使分枝屈曲问题转变极值点屈曲问题。分枝点屈曲只发生在理想完美的结构，实质结构都是有初始缺点的,所以其失稳都极值点屈曲而不是分枝点屈曲。网壳失稳模态有好多种种类,往常有两种分类方法：一种是依据网壳结构失稳时，结构失稳的变形范围能够分为局部失稳和整体失稳；另一种是依据结构失稳时，构件能否发生塑性变形能够分为弹性失稳和塑性失稳.局部失稳就是结构在荷载作用下失稳时，假如只有某个或某些局部地区结构偏离了初始均衡地点的失稳变形，而其余地区没有发生偏离初始均衡地点的变形。结构的局部失稳又能够分为局部节点失稳和局部杆件失稳,局部节点失稳主要表现为结构局部一个或多个节点偏离了其初始均衡位移,这类节点的偏离均衡地点有两种，第一种是节点仍在它初始均衡地点上，但节点已经出现了绕某个自己轴的转动变形,这样的转动变形有可能会造成连结在此节点上的杆件曲折变形。第二种是节点偏离了它的初始均衡地点。局部失稳一般简单发生在结构整体刚度散布不平均，存在较单薄的地区或许在结构上某地区作用过大的集中荷载。整体失稳就是结构在荷载作用下失稳时，结构的大多数或几乎整个结构都偏离了初始均衡地点的失稳变形。结构的整体失稳表现为结构大面积突出或凹下去，或出现条形起伏或波涛形的变形.整体失稳一般简单发生在结构整体刚度较平均,没有局部单薄地区，结构也没有局部地区荷载过大.影响网壳结构失稳的要素好多,并且这些要素还互相影响，以致于网壳结构的失稳问题变得特别复杂.研究表示可能致使网壳结构失稳的要素主要包含：结构的初始缺点、结构形状及曲率、网格系统及其密度、结构整体刚度、节点刚度、荷载散布模式、结构界限拘束条件及结构的非线性特点[6］。依据网壳结构整体稳固剖析所采纳的初始缺点模态的不一样，目前网壳缺点结构的整体稳固性剖析方法有三种：随机缺点模态法、一致缺点模态法以及缺点模态迭代法。1）随机缺点模态法结构的初始安装偏差受各样要素如安装设施、施工程序、工人的娴熟程度和丈量技术的影响。所以，网壳结构的安装偏差拥有很大的随机性,且其散布形式和大小都没法预先展望。因为查收规范的限制和施工目标,结构的实质几何组成与设计中理想的几何构形靠近,所以能够以为随机散布的初始几何缺点听从正态散布。随机缺点模态法是把结构的初始缺点看作一个多维的随机变量，结构的一种初始缺点模态对应其样本空间中一个样本.随机缺点模态法是取必定容量(如N个）的随机缺点样本，给予同样的缺点幅值并对缺点结构进行整体稳固剖析，并追踪计算缺点结构的全过程荷载—位移曲线，进而得出各样缺点作用下结构整体稳固极限荷载，结构整体稳固的临界荷载或极限荷载是由N个随机缺点模态样本剖析获得的最小极限荷载。随机缺点模态法能够较为真切的涵盖实质结构的不一样缺点散布模式,但要对不一样缺点散布的结构进行频频计算，工作量大,不合用于实质工程。（2）一致缺点模态法一致缺点模态法是采纳最低阶(第1阶）屈曲模态来模拟结构初始缺点散布.屈曲模态是结构屈曲时的位移增量模式.结构最低阶屈曲模态也就是结构最低阶临界点所对应的屈曲模态，也是势能最小的变形模态.假如网壳结构的初始缺点散布形式恰好与最低屈曲模态相对应,这类散布形式是对结构受力性能影响最不利的。假定{｝为结构整体线性的第一阶屈曲模态,为{}中绝对值最大的元素，即（1—1），则，一致缺点模态法中结构的初始几何缺点｛｝为(1-2)。结构在不一样的荷载组合作用下，整体线性的第一阶屈曲模态应当是不一样的，所以要对不一样的荷载组合作用下对结构进行相应的整体稳定剖析.特别要注意的是,假如结构的第一阶临界点有重临界点，则会有两个或多个屈曲模态与之相对应,所以要用两次或多次一致缺点模态法对缺点结构进行整体稳固剖析,所得最小的荷载因子为缺点结构的整体稳固临界荷载因子。（3）缺点模态迭代法[3]从已有的研究成就能够看出,在同样的缺点幅值下,必定存在一种缺点模式,与缺点结构整体稳固的最小临界荷载相符合。在确立的缺点幅值下，缺点结构后屈曲均衡路径越峻峭，其结构整体稳固临界荷载越小。当结构的缺点模态与最峻峭的后屈曲均衡路径相对应时，其临界荷载为最小临界荷载，也是整体结构稳固的临界荷载或极限承载力。依据以上结论，假如在结构的非线性均衡路径的线性化迭代计算过程中，下一次的迭代计算中结构缺点模式与前一次迭代计算中结构的后屈曲模式符合，则下一次迭代计算所得的临界荷载一般不大于上一前计算所得的结果。由此结构出的一种迭代计算方法便叫缺点模态迭代法。缺点模态迭代法的计算步骤为：(1）对结构非线性屈曲均衡路径每一荷载步追踪计算，并进行整体稳固屈曲模态剖析，得出该计算步的屈曲模态；2）将前一步计算所得的整体稳固屈曲模态作为一种初始缺点模式,依据预约的缺点幅值，组成结构整体初始几何缺点；3）将上一步所得的结构整体初始几何缺点加在理想完美结构上，获得缺点结构系统；4)对的缺点的结构进行非线性剖析，获得缺点结构的整体稳固临界荷载或极限承载力；(5）不停重复以上几个步骤，直到预约的总步数，将获得一系列整体稳固临界荷;6）观察这系列临界荷载，取中间的最小值作为结构整体稳固临界荷载或极限承载力。结束语近些年来，跟着数值计算技术、结构剖析理论和大容量高速度计算机的迅速发展，以及各样钢结构的剖析理论和设计方法的日益完美。固然目前的钢结构设计计算方法已经能够保证钢结构构件在使用和施工过程的安全性,可是，此刻大型复杂钢结构系统,因为结构系统复杂、规模宏大、使用环境和外界作用难以正确模拟，以及结构在受外荷载作用后所表现出来的非线性效应特点,使设计人员难以正确掌握这些大型复杂钢结构的整体稳固性能，所以就难以正确展望这些结构的整体稳固性能以及可能的失稳损坏模式.特别是跟着新式钢材在建筑结构中的宽泛应用，使结构构件变得更为细和薄，整体结构相对变柔，这样使得大型复杂钢结构的稳固性问题变得更为突出，成为这些钢结构损坏的重要原由之一.参照文件［1］董石麟。中国空间