大跨度刚性空间钢结构极限承载力研究

【摘要】：根据大跨度空间钢结构的杆件构成和受力特点，可以分成以下三大类：柔性体系大跨度空间钢结构、刚性体系大跨度空间钢结构和刚柔混合体系大跨度空间钢结构。其中刚性体系大跨度空间钢结构中如网壳结构、拱结构等，构件承受很大的轴向压力，容易引发结构的整体失稳现象。这类结构所具有的突出的结构稳定问题，是本文的研究重点。 本文首先在查阅大量文献的基础上，从计算模型的建立、平衡路径的跟踪、缺陷的影响和试验研究等方面总结了空间钢结构极限承载力的研究历史和研究现状，指出了传统的结构极限承载力验算公式的不足之处，提出了本文的主要工作和内容：如何准确地计算结构的极限承载力和确定结构极限承载力的验算公式。 如何准确地计算结构的极限承载力是本文的研究重点之一。只有对影响结构极限承载力的各种因素有所了解的情况下，才能保证计算模型的正确性和结果的有效性，才能正确评估大跨度空间钢结构的极限承载力。本文从影响结构极限承载力的主要因素入手，归纳了影响结构极限承载力的主要因素，如失稳模态、失稳传播、杆件失稳、体形偏差、节点刚度和大小以及支座形式，并着重研究了杆件失稳、体形偏差和节点刚度的影响。在此基础上，提出了一个确定空间钢结构的极限承载力的建议步骤。 杆件失稳后引起内力重分布，使失稳区域向外扩展传播，是诱发结构的整体失稳的主要原因。因此，有效的压杆模型是准确计算结构极限承载力的关键。本文详细论述了几种常见的用于计算和模拟轴心受压构件后屈曲行为和滞回行为的力学模型和方法，并且基于塑性铰模型的原理重新推导了一个更加合理的压杆力学模型，并通过对数值算例的分析验证了压杆力学模型的有效性。 对整个空间结构的极限稳定性能来说，实际结构的形状安装偏差(体形缺陷)是一个起主要影响的初始缺陷。本文基于压杆力学模型，分析了单层网壳结构的缺陷敏感性，重新认识了初始几何缺陷的影响，并就如何模拟初始缺陷和初始缺陷如何取值提出了一些建议。 节点刚度是影响结构极限承载力的主要因素之一，但要区分对待不同的结构体系和失稳类型。