拉索预应力带肋单层球面网壳的动静力及稳定性研究

摘要

近年来，网壳结构发展迅速、形式多样，已有的单层网壳存在承载力低的缺点，由稳定控制设计，经济性指标低，并且受到跨度的限制，对于跨度要求大的结构，单层网壳不再适用；双层网壳杆件多、节点多，某种场合建筑效果不理想，而且耗钢量大。为了寻求一种既能满足大跨度和稳定性要求，又能达到节约钢材的结构形式，在单层球面网壳的基础上，作者提出了新的加肋和预应力布索方案，即拉索预应力带肋单层球面网壳。该结构形式可以同时满足稳定性和节约钢材的要求，充分发挥材料性能，提高了极限承载力，经济效益显著，对于将来的工程实践具有参考和指导意义。 本文着眼于 110 米拉索预应力带肋单层球面网壳，以最常用的K6、K8型网壳的动静力、稳定性及应用作为研究重点。进行分析计算时，考虑了四种矢跨比、两种布索方案、四种初始缺陷、三种布载方式和两种布肋方式对结构力学性能的影响。经过分析比较后，提出最优结构形式。施加预应力后可以减少柱顶水平支座推力和柱脚弯矩，具有节约钢材、减少自重、结构刚度大和稳定性好等特点，它既可以满足大跨度的要求，又可达到节约钢材的目的，具有明显的技术经济效益。 为了方便地对拉索预应力带肋单层网壳进行分析，对ANSYS进行了二次开发，实现了其参数化建模、求解和后处理，适用于 K6、K8 和肋环形网壳，可在任意环处加肋，可自动进行静力分析、谱分析、抗震和特征值屈曲等计算，给研究工作带来了极大的便利。

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1网壳简介

1.2常见网壳结构分类

1.3国内外研究现状

1.4本文研究意义和内容

2预应力网壳发展及有限元法

2.1预应力概述

2.1.1张力松弛法在预应力空间结构中的应用

2.1.2预应力空间结构展望

2.1.3网壳的预加应力体系及布索方案

2.1.4加载顺序的确定和索力力度的选择

2.2预应力网壳静力分析的有限元法

2.2.1预应力网壳的某些静力特性

2.2.2空间梁—柱单元非线性有限单元法

2.2.3静力平衡方程

3拉索预应力带肋单层球面网壳的静力和动力分析

3.1引言

3.2模型的建立

3.3网壳在静力荷载作用下的计算

3.4网壳结构的自振特性分析

3.4.1单元选择的不同对于网壳自振频率的影响

3.4.2支座约束不同对于网壳自振频率的影响

3.4.3布肋方式和矢跨比的不同对于网壳自振频率的影响

3.4.4振型及其验证

3.4.5结论

3.5网壳结构抗震分析

3.5.1地震作用

3.5.2网壳的振动方程

3.5.3选波原则

3.5.4地震作用下的内力计算

3.5.5抗震分析在ANSYS中的实现

3.6多维与单维输入下主肋位移与内力比较

3.7小结

4拉索预应力带肋单层球面网壳的稳定性分析

4.1前言

4.2预应力网壳的整体稳定性分析

4.2.1概述

4.2.2临界点的判定和临界荷载的计算

4.3空间网壳结构非线性问题计算方法

4.4有限元模拟分析

4.4.1结构稳定及其分类

4.4.2网壳结构稳定性能的参数分析方案

4.5拉索预应力带肋单层球面网壳的极限承载力对比分析

4.5.1不同预应力布索方式对稳定性的影响

4.5.2不同矢跨比与布肋方式对稳定性的影响

4.5.3不同初始缺陷对稳定性的影响

4.5.4不同加载方式对稳定性的影响

4.6工程实例

4.6.1工程概况

4.6.2动静力与稳定性分析

4.7小结

5基于ANSYS的拉索预应力单层球面网壳计算的二次开发

5.1简介

5.2拉索预应力单层球面网壳的二次开发

6结论及展望

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

参考文献