于家堡站双螺旋线单层网壳结构分析

摘要

网壳结构源自人类对于自然界拱壳的模仿,有着悠久的历史。伴随建筑材料的发展,网壳结构经历了多个发展阶段。到今天,随着网壳结构计算理论和计算手段的进步和完善,网壳结构的形式日趋丰富,应用也日益广泛。与传统单层网壳相比,于家堡单层网壳结构在结构形式、杆件截面类型以及结构跨度方面实现了突破。该单层网壳结构的杆件沿顺时针和逆时针双向螺旋线分布,并交叉生成网格。这是国内首次在单层网壳中使用了焊接矩形截面杆件。该网壳结构在两个方向的跨度分别达到了143米和80米,这是目前国内是跨度最大的单层网壳结构。
　　 本文考虑于家堡单层网壳结构的边界条件、荷载工况及施加方式等多项因素,对于该结构进行了合理的简化,并选择合适的单元类型,在ANSYS软件中建立了整体有限元模型。然后对该网壳结构进行了静力分析。通过对八种不同荷载工况下,结构的变形量、应力以及支座反力的计算,了解结构的静力响应特性。计算结果显示该网壳结构应力水平较低,结构变形量满足规范要求,具有良好的静力响应特性。
　　 其次本文对该网壳结构进行稳定性分析。首先介绍了稳定的基本概念以及网壳稳定计算的常用方法。在完成了对结构的特征值屈曲分析后,再分别考虑结构几何非线性、材料非线性以及安装初始缺陷等因素对结构稳定性的影响,利用弧长法计算网壳的整体静力稳定,形成多点的荷载-位移全过程跟踪曲线,得到结构的稳定系数。结果显示在考虑初始缺陷和几何非线性的条件下,网壳稳定系数为8.3；在考虑初始缺陷和双重非线性的条件下,网壳稳定系数为5.2。该结构具有良好的稳定性。
　　 最后,对该网壳结构进行了地震作用响应分析。首先,介绍了地震作用的起因和特点,然后介绍了地震作用效应计算的常用方法。在对结构自振特性研究的基础上,分别使用振型分解反应谱法和时程分析法,计算该结构在三向地震作用下的总响应,并对结构抗震设计进行评估和建议。结果显示在大震作用下,该网壳结构的应力和变形量都不大,结构的地震响应并不明显。