施威特勒型球面网壳稳定性分析.pdf

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1、２０１６年第１３期（总第１９０期）江西建材建筑与规划设计施威特勒型球面网壳稳定性分析■杜炜■广东省重工建筑设计院有限公司，广东广州５１００００摘要：本文以施威特勒型球面网壳为研究对象，通过有限元软件Ａｎｓｙｓ对其进Ｅ１／２３／２ＤｅｌＰｏｚｏ公式：ｑｃｒ＝０．２４７２ｔｍｔｂ行了双重非线性全过程分析，求得到了它们的极限承载力，分别了考察Ｒ了初始缺陷、支承条件对网壳性能的影响。“拟壳”法有其局限性。该方法在求解一些特定结构的稳定承载关键词：单层球面网壳稳定性分析非线性分析极限承载力力问题中发挥了重要的作用，但是其缺陷性也随之暴露出来：一方面，“拟壳法”的理论

2、基础本身具有一定的局限，需要针对不同的结构可能１网壳结构的发展及应用概况有的失稳形态做出假设，实际上该理论只能对少数特定形式的网壳结随着科学技术的发展，网壳结构的结构形式、构件材料和计算方法构才能得出比较令人信服的结果；另一方面，该方法是在结构等厚度、都取得了很大的进步，特别是高强度钢材的应用，新施工技术以及电子各向同性的前提假设下进行的，显然对于构造不均与或则各向异性的计算机的发展，使得网壳结构对现代建筑产生巨大的影响。其中单层网壳它是不适用的。总之，“拟壳法”作为早期的一种非线性稳定承载网壳由于曲线光滑流畅、造型简洁、用钢量小，得到了众多设计师的青力分

3、析方法，其适用范围是比较狭隘的，其一定假设条件下所得出的计睐，已成为大跨度体育馆、会议中心等公共建筑的主要结构体系。其主算结果一般情况下还需要相关精细的实验模型实验来进行印证。要结构形式有施威德勒型、联方型、三向格子型、凯威特型、肋环型、短３．２有限单元法程线性型等。在大跨度空间结构的应用上，与其它结构相比，网壳结构随着计算机的高速发展，采用离散化的方法分析网壳结构稳定性具有自身的优势，是一种具有活力且适用性强的空间结构体系，未来必已成为可能，非线性有限元理论、解析半离散和梁一柱单元理论已成为然会有更广阔的前景。目前较为常用的离散化分析方法。２施威特勒型球

4、面网壳简介结构的稳定性可以从其荷载一位移全过程曲线中得到完整的概施威德勒网壳（如图１），这种网壳结构是在肋环形基础上加斜杆念。屈曲前的结构非线性有限元分析通常采用牛顿荷载增量法，该方而组成的，使原本为梯形的网格被划分为三角形，这样在一定程度上增法通过线性逼近和反复迭代使计算收敛于平衡路径。但由于在临界点大了网壳结构的整体刚度，提高了抵抗非对称荷载的能力，适用于大、附近结构刚度矩阵接近奇异，迭代不易收敛，因此无法计算屈曲后的荷中跨度。载效应。我国的《网壳结构技术规程》中，网壳的稳定性按考虑几何非线性的有限元分析（荷载－位移全过程分析）方法进行计算。规程中所给

5、出的稳定承载力的设计值与非线性有限元分析得到的完整网壳的极限承载力有１０倍之遥，无法代表网壳的实际承载力。倘能找到一个更接近网壳实际承载力的计算公式，对网壳结构稳定性能的理论分析与工图１施威特勒型球面网壳程设计无疑都是有意义的。３网壳结构的稳定性分析方法４非线性屈曲分析网壳的稳定性研究大致包含以下几个方面的内容：网壳结构失稳４．１计算模型机理的研究、网壳结构失稳路径跟踪技术的研究、网壳结构单元模型及对跨度为６０ｍ的施威特勒型单层球面网壳进行分析，该网壳矢跨对初始缺陷的敏感性的研究、网壳结构节点约束形式的合理选择以及比为１∶３．５，Ｑ２３５钢管，截面尺寸为１

6、３３ｍｍ×４ｍｍ，材料的弹性模量为考虑几何非线性和材料非线性综合效应对稳定性的影响等研究。研究Ｅ＝２０．６ＧＭＰａ，材料考虑为理想弹塑性，其屈服极限为２００Ｍｐａ。方法从基于连续化模型分析的拟壳法逐渐转到基于离散化模型分析的本次分析采用Ａｎｓｙｓ进行有限元分析，选用Ｂｅａｍ１８８单元来模拟有限单元法。下面主要概述拟壳法以及有限单元法。球面网壳的杆件。Ｂｅａｍ１８８为三维线性有限应变梁单元，基于铁木辛３．１拟壳法柯梁结构理论，考虑了剪切变形的影响，该单元在每个节点上有６个自拟壳法是引用等代刚度的条件来得出拟壳的截面特性和刚度的一由度，即ｘ，ｙ，ｚ三个轴方向的

7、线位移，及绕轴角位移，具有强大的非线种近似方法，其基本原理是用一种近似的方法算出杆件的内力、节点的性分析能力。故在本文中采用Ｂｅａｍ１８８单元是合适的，能够很好地反位移以及结构的稳定性。拟壳法是一种人工计算的间接方法，在早期映施威特勒型单层球面网壳的实际工作状态。建立的有限元模型如图计算机不发达的时候和现在进行网壳初步设计时，拟壳法都是一种理２所示。位移边界条件为：周边支座节点采用固定铰支座。想方法。但连续化壳体的某些理论并未完善，且计算繁琐复杂，精确度４．２固有振型特性分析和通用性均很差，在设计大跨度和重要网壳时，初选杆件截面时可以用通过对上述模型进行固

8、有振型分解，进而分析该网壳的固有振动拟壳法按弹性分析计算，然后用计