ABAQUS在单层网壳非线性屈曲分析中的应用

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1、ＡＢＡＱＵＳ在单层网壳非线性屈曲分析中的应用程前（浙江精工钢结构集团有限公司技术部，上海２０１１００）摘要：单层网壳结构稳定性分析是结构工程领域的重要课1网壳屈曲分析理论题之一。规范规定单层网壳设计时需进行非线性屈曲分析。1畅1线性屈曲分析本文简要介绍了非线性屈曲分析的原理，并结合实际工程，单层网壳稳定性分析可分为线性屈曲分析和非线性屈运用ＡＢＡＱＵＳ软件对其进行非线性屈曲分析，证实该网壳结曲分析。在对网壳进行稳定性分析时，应首先进行线性屈曲构满足稳定性承载力要求。分析。目前线性屈曲分析通常采用有限单元法，即对结构各关键词：单层网壳；非线性；屈曲分析；ＡＢＡＱＵＳ个杆件单元分别列

2、出表征矩阵，通过各个杆件的几何及传力中图分类号：ＴＵ３９９文献标志码：Ａ关系组成对整体结构的表征矩阵，然后求解方程组获得结文章编号：１６７２－４０１１（２０１７）０４－００３０－０３果。线性屈曲分析有限单元法基本方程如下：ＤＯＩ：１０畅３９６９／ｊ畅ｉｓｓｎ畅１６７２－４０１１畅２０１７畅０４畅０１３（K０－λKσ）Δ＝０（１）式中，K０为结构刚度矩阵；Kσ为结构几何刚度矩阵或TheApplicationofABAQUSSoftwareinNonlinear结构初应力矩阵；λ为特征值，物理意义为荷载模式的比例StabilityAnalysisofSinglelayerReticu

3、latedShell因子；Δ为特征向量，物理意义为结构屈曲模态中各节点位CHENGQian移向量。（Ｄｅｓｉｇｎｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，ＺｈｅｊｉａｎｇＪｉｎｇｇｏｎｇＳｔｅｅｌＢｕｉｌｄｉｎｇ由于对网壳进行线性屈曲分析时假定网壳没有任何缺ＧｒｏｕｐＣｏ．，ＬＴＤ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１１００，Ｃｈｉｎａ）陷，材料为线性，但实际工程中由于各种因素，导致建造完成Abstract：Ｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｓｉｎｇｌｅｌａｙｅｒｒｅｔｉｃｕｌａｔｅｄ的结构有些许偏差，因此，线性屈曲分析所得结果为承载力ｓｈｅｌｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｅｍｐｈａｓ

4、ｉｚｅｄｔｏｐｉｃｓｉｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｅｎｇｉ-上临界点，实际工程中网壳结构的承载力总是小于该值。ｎｅｅｒｉｎｇｆｉｅｌｄ．Ｔｈｅｃｏｄｅｒｅｇｕｌａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｎｏｎｌｉｎｅａｒｓｔａｂｉｌｉｔｙａ-1畅2非线性屈曲分析ｎａｌｙｓｉｓｍｕｓｔｂｅｃｏｎｄｕｃｔｅｄｗｈｅｎｄｅｓｉｇｎｉｎｇａｓｉｎｇｌｅｌａｙｅｒｒｅｔｉｃｕｌａ-［１］为获得与实际情况较一致的网壳结构承载力，规范规ｔｅｄｓｈｅｌｌ．Ｉｎｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅ，ｔｈｅｔｈｅｏｒｙｏｆｎｏｎｌｉｎｅａｒｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓ定单层网壳结构应进行全过程非线性屈曲分析，即对网壳结ｗａｓｂｒｉｅｆ

5、ｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄａｒｅａｌｒｅｔｉｃｕｌａｔｅｄｓｈｅｌｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗａｓ构施加特定的外部荷载，并随着外荷载增加，考察网壳结构ａｎａｌｙｚｅｄｗｉｔｈｉｎｓｏｆｔｗａｒｅＡＢＡＱＵＳ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｐｒｏｖｅｄｔｈａｔｔｈｉｓ变形与承载力。由于网壳结构随荷载增加发生变形较大，因ｒｅｔｉｃｕｌａｔｅｄｓｈｅｌｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｔｉｓｆｉｅｄｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｃａｐａｃｉｔｙｒｅｑｕｉｒｅ-此，分析时因考虑网壳结构在每一个加载阶段的变形形态，ｍｅｎｔｓ．即考虑几何非线性。同时网壳结构所使用的材料具有屈服Keywords：ｓｉｎｇｌｅｌａｙｅｒ

6、ｒｅｔｉｃｕｌａｔｅｄｓｈｅｌｌ；ｎｏｎｌｉｎｅａｒ；ｂｕｃｋｌｉｎｇａ-性质，钢材进入塑性变形时，结构的力与位移将呈现非线性ｎａｌｙｓｉｓ；ＡＢＡＱＵＳ变化，即应考虑材料非线性。非线性屈曲分析主要的分析过0前言程为跟踪结构的动态平衡路径，即跟踪结构从初始状态至丧失承载力后的荷载变化与结构变形。有限元仿真软件一般单层网壳类似于一种承受面外荷载的薄壁结构，当结构采用弧长法进行平衡路径跟踪。面内压力较大时可能发生失稳现象，即结构面外变形随荷载1畅3初始缺陷微小增大而发生较大突变。目前工程界普遍认为，结构失稳实际工程中由于生产施工的精度问题，导致建造完成的是单层网壳主要破坏形态之一，因

7、此，在设计单层网壳时，除网壳结构有些许偏差，具体体现为节点坐标偏差、结构局部了控制构件的应力比外，还应进行结构屈曲分析。不对称、杆件初始弯曲、杆件初始内力等。目前考虑网壳结世界上发生过多起单层网壳失稳破坏事故。例如，罗马构初始缺陷采用较多的方法为引入结构低阶线性屈曲模态。尼亚布加勒斯特国会大厦网壳穹顶由于对积雪荷载考虑不一个完善的网壳结构，其屈曲模态呈现为分枝型屈曲，在引足，在１９６３年１月的暴雪中发生整体失稳倒塌。１９８６年１入初始缺陷之后网壳结构将转化为极值型屈曲。同时较多月