凱威特型帶肋局部雙層網(wǎng)殼形狀優(yōu)化及穩(wěn)定性分析.pdf

1、網(wǎng)殼具有優(yōu)美的建筑造型，不論在建筑平面、立面或型體都能給設(shè)計(jì)師以充分的創(chuàng)造自由。薄殼與網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不能實(shí)現(xiàn)的形態(tài)，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)幾乎都可以實(shí)現(xiàn)。這種結(jié)構(gòu)形式既能表現(xiàn)靜態(tài)美，又可通過(guò)平面與立面切割以及網(wǎng)格、支承與桿件等變化表現(xiàn)動(dòng)態(tài)美?，F(xiàn)在，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)已廣泛應(yīng)用于體育建筑、機(jī)場(chǎng)建筑、展覽館、工業(yè)廠(chǎng)房等各類(lèi)建筑中。
　　 帶肋局部雙層球面網(wǎng)殼是單雙層球面網(wǎng)殼的一種，這種網(wǎng)殼能夠?qū)螌雍碗p層網(wǎng)殼各自的優(yōu)點(diǎn)很好結(jié)合在一起。近些年來(lái)，出現(xiàn)了不少這種網(wǎng)殼

2、形式的應(yīng)用。凱威特型網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)網(wǎng)格均勻，剛度大，是一種應(yīng)用最為廣泛的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)形式之一。但凱威特型單層球面網(wǎng)殼的穩(wěn)定性能較差；凱威特型雙層球面網(wǎng)殼桿件、節(jié)點(diǎn)數(shù)量大，桿件視覺(jué)效果不好。為了克服這兩種網(wǎng)殼的缺點(diǎn)，根據(jù)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)主要傳力路線(xiàn)特點(diǎn)、建筑美觀(guān)以及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的要求，在凱威特型單層球面網(wǎng)殼主肋處增加下弦桿和腹桿，由此形成凱威特型帶肋局部雙層網(wǎng)殼。這是一種受力合理、結(jié)構(gòu)性能優(yōu)異、形式簡(jiǎn)潔美觀(guān)、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的局部雙層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)形式。目前，國(guó)內(nèi)外的研究重

3、點(diǎn)主要集中在單層網(wǎng)殼的穩(wěn)定性和極限承載力以及雙層網(wǎng)殼的優(yōu)化和應(yīng)用等方面，而有關(guān)帶肋局部雙層網(wǎng)殼體系的研究相對(duì)較少，特別是形狀優(yōu)化方面的研究更是少見(jiàn)。
　　 本文主要研究的是凱威特型帶肋局部雙層網(wǎng)殼的形狀優(yōu)化。首先運(yùn)用大型有限元分析軟件ALGOR對(duì)不同跨度、雙層區(qū)厚度下的凱威特型帶肋局部雙層網(wǎng)殼進(jìn)行靜力分析，研究網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)隨矢跨比和厚跨比變化時(shí)的受力特性和位移特性，為下面凱威特型帶肋局部雙層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化初始宏觀(guān)曲面參數(shù)和桿件截面

4、的選取提供依據(jù)。這將有助于減少網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化的迭代次數(shù)。
　　 然后針對(duì)球面網(wǎng)殼的特點(diǎn)，本文提出了網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化的兩級(jí)算法。采用FORTRAN語(yǔ)言編寫(xiě)網(wǎng)殼形狀優(yōu)化兩級(jí)算法設(shè)計(jì)程序，并與大型有限元分析軟件ALGOR連接。對(duì)不同跨度、不同類(lèi)型的凱威特型單層球面網(wǎng)殼進(jìn)行優(yōu)化并分析驗(yàn)證此算法是否具有有效性和可靠性。在此基礎(chǔ)上利用上述算法對(duì)凱威特型帶肋局部雙層網(wǎng)殼進(jìn)行形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)，探究網(wǎng)殼最優(yōu)矢跨比、厚跨比的分布范圍及網(wǎng)殼單層區(qū)網(wǎng)格劃

5、分密度對(duì)網(wǎng)殼優(yōu)化結(jié)果的影響。在帶肋局部雙層網(wǎng)殼的選型過(guò)程中，若已確定使用凱威特型帶肋局部雙層網(wǎng)殼，這些結(jié)果將對(duì)其宏觀(guān)曲面參數(shù)、網(wǎng)格尺寸及桿件截面的選擇具有一定的參考價(jià)值。
　　 隨著結(jié)構(gòu)優(yōu)化的發(fā)展，網(wǎng)殼優(yōu)化的結(jié)果總的趨勢(shì)是跨度越來(lái)越大，厚度越來(lái)越薄；但與此同時(shí)，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問(wèn)題也變的突出起來(lái)。因此本文利用ALGOR軟件對(duì)優(yōu)化后的凱威特型帶肋局部雙層網(wǎng)殼進(jìn)行屈曲分析(特征值屈曲分析、考慮初始缺陷的非線(xiàn)性屈曲分析)，確定優(yōu)化后凱威