施威德勒弦支穹顶结构线性屈曲分析.pdf

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1、DOI：10．3969／j．issn．1672—4011．2013．04．024施威德勒弦支穹顶结构线性屈曲分析张永强1，王惠2(1．西安建筑科技大学，陕西西安710055；2．甘肃省电力公司平凉供电公司，甘肃平凉744000)摘要：弦支穹顶结构作为一种新型的空间结构，其应用前景广泛。本文利用ANSYS有限元软件建立了施威德勒弦支穹顶结构模型，对其进行了线性屈曲分析，并和相应的单层网壳进行了对比，总结出其基本规律。关键词：弦支穹顶；刚结构；线性屈曲分析中图分类号：7rU399文献标志码：B文章编号：1672—4011(2013)04—0056

2、—020前言弦支穹顶结构作为一种新型的复杂空间结构，目前国内外的相关工程应用和研究较少⋯。而我国的弦支穹顶结构较国外起步稍晚，相关研究也不是很多。但近年来随着科技的发展，人类对于大跨度空间结构的追求，使得弦支穹顶结构的应用前景广泛。而对于结构本身而言，稳定性能尤为关键。在进行相关稳定性能研究之前，对结构进行线性分析可以为后续结构的非线性屈曲分析提供参考和依据，在一定程度上可以反映出结构的稳定性能。1模型的建立利用ANSYS有限元软件建立施威德勒弦支穹顶结构模型，见图1。矢高6m，跨度48111，上部结构为施威德勒型网壳，共8环，径向杆件分割为

3、16份，结构的布置形式为在肋环型的基础上从首环的各个节点开始布置斜杆，斜杆相对径向杆件呈对称性布置，结构下部为索承体体系，撑杆高度取3m。网壳杆件采用BEAM4单元，径向拉杆和竖向撑杆采用Link8单元，均采用圆钢管，弹性模量2．06×10“N／m2，屈服强度为345N／mm2；环向拉索采用LinklO单元，为半平行钢丝束，弹性模量1．8X10“N／m2，屈服强度为l330N／mm2；恒荷载0．8kN／m2，活荷载O．5，雪荷载标准值0．35kN／m2。计算时将面荷载转化为节点荷载。图1施威德勒弦支穹项模型作者简介：张永强(1986一)，男，

4、内蒙古鄂尔多斯人，硕士，主要研究方向：高层建筑与复杂工业建筑混合结构体系。2施威德勒弦支穹顶的线性屈曲分析特征值方程旧。为：([列+A[巧]){妒}=0式中，[K]为结构的线性刚度矩阵；[K。]为初应力矩阵，即结构的总体几何刚度矩阵；入为荷载因子即特征值；{IIJ}为结构的位移特征矢量，是结构失稳的特征屈曲模态形状。采用此方法来求得特征屈曲荷载值通常大于实际的临界荷载值。但是可以作为设计临界荷载的基础。利用上述理论，分别取矢跨比为1／12、1／10、1／8、1／6、1／4时施威德勒弦支穹顶结构和单层网壳的特征值进行对比分析。分别取前15阶特征

5、值(见表1～2)；以及不同矢跨比下的第1阶屈曲模态(见图2～3)。表1施威德勒单层网壳不同矢跨比下的特征值阶数l／121／101／81／61／41O．8461．15971．74592．98685．6∞920．8611．19401．78543．01245．615530．8611．19401．78543．01245．615540．9371．291691．89333．09135．637350．9371．29691．89333．09135．63736O．9941．34581．94993．17875．685970．9941．34581．97973．17

6、875．685981．0101．34911．97973．21875．725791．0101．37391．9863．22095．9嘶101．0241．37391．9863．26505．9860111．0241．41402．02883．26505．99159121．0241．42032．10643．38865．99159131．0471．42032．10“3．38866．0120141．1171．51892．25123．51606．0120151．1581．58302．262l3．51606．0297从表l可以看出：随着矢跨比的增大，单层网壳的特

7、征值明显的增大，尤其可以看出当阶数相等时，矢跨比取1／6和1／4要明显大于其他矢跨比下的特征值。而且由于结构自身对称性的原因，特征值多成对出现¨J。由图2可以看出，施威德勒弦支穹顶屈曲模态总体呈现波浪形，施威德勒单层网壳的屈曲位置基本都在网壳的边界附近，随着矢跨比的增大，波峰和波谷的个数逐渐减少。(C)矢跨比1／8(d)矢跨比1／6圈2单层网壳不同矢垮比下的第一阶屈曲模态表2结构不同矢跨比下的特征值阶数1／121／lO1／81／61／411．4041．78492．23732．59952．69

8、D421．4041．78492．23732．599

9、52．690431．4731．92582．32722．6661乞705741．4731．92582．34652．75612．736851．6501．93062．38