单层球面网壳结构设计及其稳定性分析

• 作 者: 张艳荣
• 发表日期: 2014年期
• 关键词: 肋环型网壳 结构设计 屈曲模态 稳定承载力

网壳结构是近年来在建筑工程中应用较多的一种空间结构形式，凭借其优美独特的造型而广受欢迎。单层球面网壳结构，因其使用跨度越来越大，结构稳定性问题亦愈加重要。本文采用ANSYS，从实际工程出发，完成单层肋环型球面网壳结构的设计及其稳定性分析。在单层球面网壳结构设计中，分析了7种荷载工况下结构的内力分布、及变形情况。分析表明：支座反力主要受永久荷载和活荷载的控制，风荷载的存在减小了支座反力的大小；杆件除承受轴力外，还承受弯矩；其中轴力以受压为主且主要分布于径向杆件，弯矩既有壳面内弯矩又有壳面外弯矩，且主要分布于环向杆件；结构的变形较小，荷载不均匀分布对结构的变形控制更为不利。运用有限元模型，对结构进行整体稳定性分析。在线性屈曲分析中，主要分析了初始缺陷、荷载分布对结构屈曲模态的影响，结果表明：带有初始缺陷的结构失稳时的整体趋势与完善结构相似，不同的是结构变形位置发生变化，前者的最大位移发生在从支承环算起的第三环，后者发生在第四环；荷载分布形式不同，结构屈曲模态不同，其中竖向荷载全跨分布和竖向荷载半跨分布时的屈曲模态相似，表现为整体竖向屈曲；而荷载反对称分布时结构的失稳模态表现为节点凸起或凹陷的局部屈曲，整个结构呈反对称失稳。非线性屈曲分析中，考虑了初始缺陷、荷载分布及矢跨比对结构稳定承载力的影响程度，结果表明：初始缺陷可降低结构的稳定承载力，当初始缺陷为l/300（l为结构跨度）时，结构的稳定承载力最低，与完善结构相比下降了30%；荷载的半跨分布和反对称分布使结构的稳定承载力下降了30%、44%；稳定承载力随着矢跨比的增大而有相应的增大。本文的研究工作对单层球面网壳结构的设计和稳定性分析有一定的参考价值。