杆件偏心对典型单层球面网壳稳定承载力影响研究

摘要

网壳结构是一种大跨度的空间结构。因为其跨度大，造型能力丰富，且施工简便，所以广泛的应用各种大型的建筑结构中。但是网壳结构是缺陷敏感型结构，世界各地的网壳结构因失稳而发生倒塌的事故经常发生。因此，考虑缺陷因素给网壳结构带来影响是目前研究的主要问题。虽然国内外对于考虑缺陷对网壳结构影响的研究较为广泛，但是考虑杆件对节点的初始偏心则几乎没有涉及。故本文主要以随机杆件的偏心对单层网壳结构稳定性的影响为研究方向。 首先，本文以肋环型和K8型单层球面网壳为研究对象，利用ANSYS有限元软件建立了能够考虑随机杆件偏心的网壳的力学简化模型，并且阐述了随机杆件偏心在数值计算中的实现方法。其次，本文对两类网壳的理想型结构进行全过程分析，并且得到其极限荷载。目前是为了与含缺陷网壳结构的极限荷载进行对比分析。然后，本文将偏心距分为五组，分别为2mm、3mm、4mm、6mm、10mm，每组偏心距对应了50个随机模型。通过双重非线性分析，分别得到了五组不同偏心距下的肋环型单层球面网壳和K8型单层球面网壳的极限荷载。将得到的极限荷载分别与两类理想网壳的极限荷载进行对比。并且通过对所得得数据进行统计与分析，阐明了大小不同的偏心距对两类网壳结构承载力的影响程度，以及其失效机理与破坏过程。 结果表明，随着偏心距的增大，两类网壳结构的承载力逐渐降低，且肋环型网壳对于缺陷的敏感程度较大，承载力降低量非常明显，其最大平均降低百分比为36.2%。此外，随着偏心距的增大，肋环型网壳结构的承载力离散程度由大变小，但是下降明显，而K8型网壳结构的承载力离散性随着偏心距增大而增大，这也说明了肋环型网壳对缺陷极为敏感。最后，通过对于网壳结构荷载-位移曲线与网壳中发生最大位移按键杆件的轴力-轴向位移图的对比，表明了无论哪种网壳结构其失稳过程都是由于某些杆件先发生失稳而引起的。

目录

第一章 绪论

1.1网壳结构的形式与特点

1.2网壳的发展与应用

1.3网壳结构的稳定性理论发展进程

1.4本文的研究内容

1.5本章小结

第二章 理论基础

2.1结构稳定的介绍

2.2结构稳定性的计算方法

2.3网壳结构稳定性

2.3.1缺陷的概述

2.3.2缺陷的分析方法

2.3.3网壳结构稳定性的分析方法

2.3.4网壳结构的计算

2.4本章小结

第三章 网壳中随机杆件对节点偏心的实现方法

3.1力学模型的提出

3.2 ANSYS正态分布函数GDIS

3.3具有随机杆件偏心的网壳建模及分析流程

3.4本章小结

第四章 两类单层球面网壳静力稳定性分析

4.1理想单层球面网壳静力稳定性分析

4.1.1基本参数的设定

4.1.2 BEAM188梁单元介绍

4.1.3基于ANSYS有限元软件理想球面网壳极限荷载的确定

4.2肋环型单层球面网壳极限荷载的确定

4.3 K8型单层球面网壳极限荷载的确定

4.4本章小结

第五章 考虑杆件对节点偏心两类单层球面网壳静力稳定性分析

5.1.1 K8型单层球面网壳承载力计算

5.1.2 K8型单层球面网壳破坏分析

5.2.1肋环型单层球面网壳承载力计算

5.2.2 肋环型单层球面网壳失稳模式

5.3肋环型网壳结构与K8型网壳结构的比较

5.3.1极限荷载散点图对比

5.3.2极限荷载平均下降量的比较

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

致谢

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