P-δ效應(yīng)對(duì)單層網(wǎng)殼極限承載力影響研究.pdf

1、隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，人們需要更大的建筑空間來滿足社會(huì)的需求，單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)因其建筑效果美觀，受力比較合理，制作及施工簡便，綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較好等優(yōu)點(diǎn)，在工程中得到了普遍應(yīng)用。依靠薄膜應(yīng)力抵抗外荷載是網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的基本受力特征，即大部分荷載由軸向力形式傳遞，當(dāng)薄膜應(yīng)力的應(yīng)變能聚集到一定程度結(jié)構(gòu)便發(fā)生了失穩(wěn)，因此存在穩(wěn)定性問題。一旦破壞，將對(duì)人民的生命財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重的危害。
　　 通常情況下，桿件的配置足由設(shè)計(jì)荷載確定，在進(jìn)行極限承載力分析

2、時(shí)，結(jié)構(gòu)的極限荷載荷載往往遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)荷載，所以在達(dá)到極限荷載之前，結(jié)構(gòu)桿件存在發(fā)生失穩(wěn)的可能，也就是說構(gòu)件的失穩(wěn)破壞是影響結(jié)構(gòu)極限承載力的重要因素，因此在對(duì)單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行極限承載力分析時(shí)必須考慮單根桿件失穩(wěn)對(duì)其所造成的影響。目前在對(duì)單層網(wǎng)殼極限承載力計(jì)算時(shí)，沒有考慮單根桿件失穩(wěn)效應(yīng)對(duì)其造成的影響，導(dǎo)致所計(jì)算出的極限承載力高于實(shí)際值，偏于不安全。針對(duì)目前在計(jì)算空間鋼結(jié)構(gòu)極限承載力時(shí)必須考慮單桿失穩(wěn)對(duì)其極限承載力影響的問題，沈祖炎、丁陽

3、等研究了新的力學(xué)模型，通過數(shù)值分析驗(yàn)證了該模型能夠反映壓桿的屈曲后性能，能較為準(zhǔn)確地求出空間鋼結(jié)構(gòu)的極限承載力，但是由于這種方法對(duì)理論性要求較高，廣泛應(yīng)用于大量實(shí)際工程比較困難。本文提出的多單元法，采用桿件BEAM188單元模擬，并對(duì)其進(jìn)行多單元?jiǎng)澐滞瑯涌梢哉_模擬出單桿桿件失穩(wěn)所造成的影響，為以后更為準(zhǔn)確的計(jì)算單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性提供了一種行之有效的方法，簡單易行，適合在實(shí)際工程中廣泛應(yīng)用。
　　 本文的研究方法整體分為三過程

4、：單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)研究模型的建立，數(shù)值分析計(jì)算方法的選擇，分析單桿失穩(wěn)對(duì)其極限承載力的影響。
　　 (1)單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)研究模型的建立
　　 采用空間結(jié)構(gòu)分析軟件MST2008建立單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)模型，輸出ANSYS數(shù)據(jù)接口文件，并導(dǎo)入ANSYS之中。
　　 (2)數(shù)值分析計(jì)算方法的選擇
　　 采用弧長法(Arc-lengthMethod)對(duì)網(wǎng)殼加載的平衡路徑進(jìn)行跟蹤。該方法將荷載系數(shù)和未知位移同時(shí)作為變量，例如一

5、個(gè)包括荷載系數(shù)的約束方程，用曲線弧長來控制荷載步長。
　　 網(wǎng)殼在到達(dá)第一個(gè)極限點(diǎn)是承受的荷載遠(yuǎn)高遠(yuǎn)其后的極限點(diǎn)，而且荷載超過第一個(gè)上限點(diǎn)，結(jié)構(gòu)將喪失其最大承載能力且變形已超過設(shè)計(jì)要求?；谝陨显颍倏紤]到計(jì)算速度和單層網(wǎng)殼模型比較多，當(dāng)荷載超過第一個(gè)極限點(diǎn)停止計(jì)算。
　　 (3)分析單桿失穩(wěn)對(duì)其極限承載力的影響
　　 使用ANSYS有限元軟件對(duì)其各個(gè)單層球面網(wǎng)殼進(jìn)行加載，進(jìn)行穩(wěn)定性和極限承載力進(jìn)行分析。桿件采

6、用梁單元BEAM188進(jìn)行模擬，為了準(zhǔn)備模擬壓桿失穩(wěn)，將單根桿件劃分為多個(gè)單元進(jìn)行分析，并分別改變單層網(wǎng)殼的跨度，矢跨比，對(duì)網(wǎng)殼進(jìn)行平衡路徑跟蹤。提取網(wǎng)殼的極限荷載進(jìn)行分析，并總結(jié)其規(guī)律。
　　 首先本文通過對(duì)一跨度為40m球半徑42.5m，矢高5m，徑向環(huán)向網(wǎng)格數(shù)均為8的Keiwitt型單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，采用多單元模擬法從結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)模態(tài)圖可以看出，單根桿件已經(jīng)發(fā)生了明顯的失穩(wěn)，對(duì)其極限承載力進(jìn)行計(jì)算分析比較之后，發(fā)現(xiàn)考

7、慮單根桿件失穩(wěn)后，所計(jì)算出的極限承載力下降了15.6％。
　　 為了進(jìn)一步了解單桿失穩(wěn)對(duì)不同結(jié)構(gòu)形式的單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的影響程度，又對(duì)不同跨度、不同矢跨比、不同類型的單層球面和單層柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)極限承載力進(jìn)行了分析。分析結(jié)果表明對(duì)于跨度較小矢跨比相對(duì)較大的單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)主要以彎曲應(yīng)力抵抗外荷載，破壞主要表現(xiàn)為強(qiáng)度破壞，對(duì)于這類單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，考慮單桿失穩(wěn)對(duì)其極限承載力影響顯著。而對(duì)于跨度較大矢跨比相對(duì)較小的單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)主要以薄