单层蜂窝网格型球面网壳的非线性稳定性研究

摘要

随着社会的不断发展，人们不但对结构的跨度、高度的要求越来越高，同时更加追求新颖的结构造型，所以各种各样新型的空间结构形式逐渐发展起来。本文研究的单层蜂窝网格型球面网壳相对以往的单层球面网壳结构来说，它的杆件规格非常少，通过合理的建模使得结构中杆件（除与支座相连的杆件）完全相等，等长的杆件使得工业化生产非常方便，为施工也带来了极大的便利，具有很好的研究价值。
　　首先对两类蜂窝型网格的稳定性能进行对比分析，确定一种比较合理的网格布置形式，再进行大规模的参数分析，分析了跨度、矢跨比、初始缺陷、网壳稀疏程度、荷载不对称分布和材料非线性对网壳稳定性的影响。最后提出了7种对网壳的加强方案，并对比选出了较好的加强方案。得出以下结论:
　　(1)蜂窝型球面网壳结构两种杆件布置方式中，以网格Ⅰ型的整体稳定性能好，且相比网格Ⅱ型具有更大的极限承载能力和更好的延性。
　　(2)矢跨比对单层蜂窝型球面网壳结构的稳定性影响显著且具有良好规律性，考虑网壳稳定性和材料利用率的因素，建议矢跨比在0.25左右。
　　(3)网格稀疏程度对蜂窝型球面网壳的影响较大，分析得出适宜杆件长度使得蜂窝型球面网壳具有较高的承载力与材料利用率，建议杆件长度取2m左右。(4)单层蜂窝型球面网壳对初始缺陷敏感，最大缺陷值达跨度的1/150，其网壳实际的极限承载力可以取理想网壳极限承载力的50％左右，因此在实际设计中应考虑初始缺陷的影响。
　　(5)几何非线性和材料非线性对网壳极限承载力的影响非常显著，所以在实际工程中在对该网壳进行设计分析时，应同时考虑几何非线性和材料非线性的影响。
　　(6)荷载的不对称分布对蜂窝型球面结构极限承载力影响不显著。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 网壳结构的发展历史与应用

1．3 稳定理论的发展与现状

1．4 本文研究的背景及意义

1．4．1 本文研究背景

1．4．2 本文研究意义

1．5 本文研究的主要内容

第2章 网壳稳定理论概述

2．1 失稳机理及失稳类型

2．1．1 失稳机理

2．1．2 失稳类型

2．2 平衡路径跟踪方法及算例分析

2．2．1 平衡路径跟踪方法

2．2．2 算例分析

第3章 蜂窝网格型球面网壳几何非线性稳定分析

3．1 模型单元介绍

3．2 蜂窝型球面网壳的计算模型

3．3 蜂窝型网格形式对比分析

3．3．1 静力性能对比分析

3．3．2 稳定性能对比分析

3．4 网壳几何参数分析

3．4．1 几何参数选取

3．4．2 矢跨比对网壳稳定性的影响

3．4．3 跨度对网壳稳定性的影响

3．4．4 网格大小对网壳稳定性的影响

3．5 初始几何缺陷对网壳稳定性的影响

3．5．1 不同屈曲模态缺陷分布形式对网壳稳定性的影响

3．5．2 不同初始缺陷大小对网壳稳定性的影响

3．6 荷载不对称分布对网壳稳定性的影响

3．7 边界约束条件对网壳稳定性的影响

3．8 屈曲模态分析

3．8．1 杆件长度对屈曲模态的影响

3．8．2 初始几何缺陷对屈曲模态的影响

3．8．3 荷载不对称分布对屈曲模态的影响

3．9 本章小结

第4章 蜂窝网格型球面网壳弹塑性稳定分析

4．1 计算模型及分析方案

4．2 失稳模态分析

4．3 缺陷对弹塑性稳定承载力的影响

4．4 材料非线性对弹塑性稳定承载力的影响

4．5 荷载不对称分布对弹塑性稳定承载力的影响

4．6 本章小结

第5章 蜂窝网格型球面网壳的加强措施

5．1 网壳的加强结构模型介绍

5．2 不同加强方案的结构体系特征值屈曲对比分析

5．2．1 环向加强方案屈曲分析

5．2．2 径向加强及混合加强方案屈曲分析

5．3 不同加强方案的结构体系几何非线性分析

5．3．1 不考虑初始几何缺陷的非线性分析

5．3．2 考虑初始几何缺陷的非线性分析

5．4 加强结构与原结构体系的双重非线性对比分析

5．5 加强体系子结构高度对网壳稳定性的影响

5．6 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

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