單層球面網(wǎng)殼穩(wěn)定性分析

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1、第41卷第2期Vol.41，No.22015年4月SichuanBuildingMaterialsApril，2015單層球面網(wǎng)殼穩(wěn)定性分析馮凡,余紹鋒(同濟(jì)大學(xué)建筑工程系,上海200092)摘要:采用大型通用有限元軟件ANSYS建立了肋環(huán)1NSYSELEMENTS斜桿型單層球面網(wǎng)殼有限元模型,對(duì)其在半跨均布荷載條DEC12012ACEL17:19:59件下進(jìn)行穩(wěn)定性分析,分別用一個(gè)單元模擬一根桿和兩個(gè)PLOTNO.1單元模擬一根桿分析,將兩種結(jié)果進(jìn)行比較,包括各種穩(wěn)定性系數(shù)大小變化、穩(wěn)定性態(tài)變化、缺陷的模式、敏感性等,說(shuō)明不同類型穩(wěn)定性的特點(diǎn),得出一桿兩單元考慮了構(gòu)件自身穩(wěn)

2、定和整體穩(wěn)定的耦合,求解的臨界荷載因子更加準(zhǔn)確。關(guān)鍵詞:單層球面;網(wǎng)殼;穩(wěn)定性;承載力中圖分類號(hào):TU399文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B文章編號(hào):1672-4011(2015)02-0055-03圖1網(wǎng)格劃分圖DOI:10.3969/j.issn.1672-4011.2015.02.0272結(jié)構(gòu)線性整體問(wèn)題分析0前言結(jié)構(gòu)線性整體穩(wěn)定性分析,是在小變形條件下對(duì)結(jié)構(gòu)近年來(lái),隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步,網(wǎng)殼結(jié)的彈性及幾何剛度矩陣進(jìn)行特征分析,得到相應(yīng)的特征值構(gòu)越來(lái)越多的用于體育館、會(huì)議中心和展覽館中,網(wǎng)殼的和特征向量,其中的最小特征值λ=λ,就是結(jié)構(gòu)線性整min1穩(wěn)定性也受到普遍的關(guān)注。單層

3、球面網(wǎng)殼按網(wǎng)格形式分類體穩(wěn)定荷載系數(shù)的臨界值λ。線性整體穩(wěn)定分析的目的在cr1有肋環(huán)型、肋環(huán)斜桿型(Schwedler)、三向網(wǎng)格型、扇型三向于得到結(jié)構(gòu)的臨界屈曲荷載,它是理想線彈性結(jié)構(gòu)的理論網(wǎng)格型(Keiwitt型)、葵花型三向網(wǎng)格型和短程線型等各種網(wǎng)屈曲荷載,是結(jié)構(gòu)在穩(wěn)定分析中能承受的荷載上限值,此格形式,它們的受力性能包括穩(wěn)定性能既有球面網(wǎng)殼共性外,若最低價(jià)屈曲模態(tài)為整體失穩(wěn),它的屈曲模態(tài)為一致的一面,亦各具自身的特性。在用有限元軟件對(duì)網(wǎng)殼進(jìn)行缺陷模態(tài)法提供依據(jù)。計(jì)算時(shí),采用兩種不同的方式模擬網(wǎng)殼中的桿件來(lái)進(jìn)行穩(wěn)分別采用一單元和兩單元模型分析,結(jié)構(gòu)前20階穩(wěn)定定性分析,

4、為網(wǎng)殼的設(shè)計(jì)計(jì)算提供參考價(jià)值。因子對(duì)比見(jiàn)表1。表1前20階穩(wěn)定因子比較1建立有限元模型階數(shù)一單元兩單元階數(shù)一單元兩單元本文選用的單層網(wǎng)殼的形式為肋環(huán)斜桿型(Schwedler),120．06215．3651123．48517．855220．1515．4841223．71717．968跨度60m,矢跨比f(wàn)/L=1/4,桿件材料Q235B,截面為圓321．72616．3671323．99818．146鋼管?133．0×4．0,網(wǎng)殼的徑向數(shù)網(wǎng)格數(shù)為12,環(huán)向網(wǎng)格數(shù)421．85516．5091424．28818．296為60。網(wǎng)殼構(gòu)件采用鋼材Q235B。在屈曲分析、完善結(jié)構(gòu)521．9

5、6616．6091524．81318．387幾何非線性分析、帶缺陷結(jié)構(gòu)幾何非線性分析階段均假定622．13416．7991625．2718．849材料為理想彈性模型。帶缺陷結(jié)構(gòu)大位移彈塑性整體穩(wěn)定722．34617．1441725．46918．95分析時(shí),鋼材假定為理想彈塑性模型。鋼材的彈性模量均822．75417．1261825．88319．096取Es=2．06×1011N/m2。網(wǎng)格劃分見(jiàn)圖1。結(jié)構(gòu)幾何模型923．09217．3231926．08119．2363D3s中建立并導(dǎo)入。荷載為半跨均布荷載,由3D3S導(dǎo)向1023．42317．6182026．15819．404

6、節(jié)點(diǎn)處理后導(dǎo)出形成ANSYS文件。穩(wěn)定性計(jì)算中單元選用從表1可以看出,一單元一桿模型前20階穩(wěn)定因子在BEAM188單元,邊界支座均采用固定鉸支座。采用非線性20~26范圍內(nèi),二單元一桿模型前20階穩(wěn)定因子在15~分析用弧長(zhǎng)法求解,以便得到荷載-位移全過(guò)程曲線。其20范圍內(nèi),分布均較為密集,線性整體穩(wěn)定臨界荷載因子中,在帶缺陷結(jié)構(gòu)大位移幾何非線性分析中,初始缺陷使λ=20．062,λ=15．365。cr1_1cr1_2用一致缺陷模態(tài)法進(jìn)行分析,根據(jù)JGJ7-2010《空間網(wǎng)格結(jié)由于線性穩(wěn)定分析中假定桿件為小變形,故一個(gè)單元構(gòu)技術(shù)規(guī)程》報(bào)批稿4．3．3條,采用結(jié)構(gòu)的最低階屈曲模

7、態(tài)模擬一根桿件時(shí),桿件自身不會(huì)發(fā)生彎曲,而一根桿件由作為初始幾何缺陷分布模態(tài),缺陷最大值取網(wǎng)殼跨度的L/兩個(gè)單元模擬時(shí),桿件中點(diǎn)加入了一個(gè)節(jié)點(diǎn),在分析時(shí),300,即200mm。分別采用一個(gè)單元模擬一桿及兩單元?？赏ㄟ^(guò)該點(diǎn)位移引入幾何缺陷,考慮桿件的二階效應(yīng),即擬一根桿的模型進(jìn)行計(jì)算?？紤]了桿件自身的穩(wěn)定性。對(duì)比一根桿件分別由一個(gè)單元和兩個(gè)單元模擬時(shí)的穩(wěn)定因子,前者的各階穩(wěn)定因子均高作者簡(jiǎn)介:馮凡(1990-),女,安徽六安人,在讀碩士研究生,研究方于后者約1．25倍,因此,桿件自身的穩(wěn)定性對(duì)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的向