浅析双层柱面网壳结构的破坏机理与极限承载能力分析

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1、浙江大学硕士学位论文双层柱面网壳结构的破坏机理与极限承载能力分析姓名：陈武贞申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：严慧20040201浙江大学硕士学位论文双层柱面网壳结构的破坏机理与极限承载能力分析摘要空间结构在最近二十多年中在我国得到了广泛的应用，是一种倍受瞩目的结构形式，其造型丰富，体型多样，双层柱面网壳结构就是目前广为应用的一种结构形式，其基本体系有平面桁架系、四角锥体系与三角锥体系。双层柱面网壳结构作为一种大跨空间结构，目前大量应用于会展中心、剧院、会堂、体育场馆等大型公共建筑以及各种大跨工业厂房，特别是应用于火电厂干媒棚中。但在使用过程中亦出现不少问题，如杆件出现严重的腐蚀与弯

2、曲等破坏性因素，影响到结构的安全使用，亦曾有火电厂的干煤棚发生过整体倒塌的工程事故。本文就网壳结构的极限承载能力及其破坏机理进行进一步的分析研究。本文首先利用通用有#艮元程序ANSYS采用非线性有限元方法对压杆的受力性能进行全过程分析，考虑大变形、大应变以及材料弹塑性情况，并考虑了杆件初弯曲、初偏心的影响，得出了不同长细比情况下杆件的荷载一位移曲线。然后通过对荷载一位移曲线进行处理，得到单杆轴向应力一应变关系曲线。再对得到的结果进行分段线性化，得到线性化的应力一应变关系曲线。然后本文在回顾了空间网格结构极限承载力分析的历史发展与研究现状的基础上，推导了杆单元弹性状态下的切线刚度矩阵，以及弹塑

3、性状态下切线刚度矩阵的表达方式。并利用前面得到的线性化应力一应变关系曲线作为压杆的本构模型，采用非线性有限元方法对一工程实例进行了分析．同时考虑结构的材料非线性与几何非线性，分析了双层柱面网壳结构的极限承载能力及塑性受力性能，并阐明了结构的破坏机理：位于棋腋部的核心压杆区是双层柱面网壳的关键部位，它的屈曲失效将导致结构承载力急剧下降，可能由此而最终导致结构倒塌破坏。然后分析了出现局部破坏的网壳结构在短期主要荷载作用下的极限承载力及其极限破坏形态。最后本文系统分析了结构参数变化对结构极限承载力的影响，如跨度、矢跨比、网壳厚度、网格尺寸、四角锥的形式、柱面曲率形式(圆柱面或者三心圆柱面)以及杆件

4、截面的大小等各种因素，得到一些可供工程设计参考的结论。关键词：网壳结构、极限承载力、破坏机理、材料非线性、几何非线性浙江大学硕士学位论文2004．2AnalysisonFailureMechanismandStructuralLimitsofDouble-layerReticulatedCylindricalShellAbstractInthepastfewdecadesspatialstructureisgreatlydevelopedinourcountry,andthedouble—layerreticulatedcylindricalshellisthemostwidelyuseds

5、tyleinvariouskindsofspatialstructure．Thiskindofspatialstructureisappliedtopublicarchitecturesuchasconference＆exhibitioncentre、theatre、hall、stadiumandlarge—spanindustrialworkshopsuchasdry．coalshed，Inthesametimethesereticulatedshellstructuresalsoappearsomeproblemssuchascurvedanderodedbarsthatseverely

6、infectthestructures’behavior,evenadry—coalshedwascollapsed．Sofurtheranalysisonfailuremechanismandstructurallimitsofdouble-layerreticulatedcylindricalshellisperformedinthispaper．Nonlinearanalysisofcompressionbar’smechanicalbehaviorisfirstlyperformbyuseofFEMprogrammANSYStogetelement’sload—displacemen

7、tcurve，consideringlargedeflection、largestrain、materialplasticity、initialinflectionandinitialeccentricity．Element’slinearizedstress—straincurveisgainedthroughdisposalofload-displacementCUrve．Thenonthebasisof