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单层球面网壳动力分析中初始几何缺陷模拟方法的探讨

王金祥  
【摘要】:网壳在加工、运输、安装过程中不可避免的会导致节点偏差和杆件初弯曲,而这些几何缺陷都是随机的,单个节点不同方向和不同大小的偏差可能对结构产生不同的影响,所有节点的不同组合又会产生更多的结果,杆件初弯曲也是这样。为了使研究更加省时、准确,在进行初始几何缺陷对网壳动力性能影响研究之前确定一种有效的缺陷模拟方法是十分必要的。这种有效的缺陷模拟方法能达到的理想状态是能够在动力分析中代替大部分缺陷的不利布置。目前在网壳动力分析中初始几何缺陷的模拟方法还不成熟,很多学者沿用静力分析中常用的“屈曲一致缺陷模态法”,也有一部分学者使用“振型一致缺陷模态法”,然而对于其可行性并没有进行足够的探讨。本文在阅读大量研究文献的基础上,针对单层球面网壳弹性及弹塑性动力响应分析中初始几何缺陷的模拟方法进行了探讨,主要做了以下工作:首先,通过对ANSYS软件的二次开发,实现了网壳节点偏差和杆件初弯曲的随机布置以及沿结构屈曲模态和自振模态的定量布置。其次,利用OpenSees有限元软件对施加了随机节点偏差的单层球面网壳进行弹性动力响应分析,考虑了地震波类型的影响,结果表明:节点偏差对网壳的弹性动力响应影响很小。分别对按照“屈曲一致缺陷模态法”、“振型一致缺陷模态法”、缺陷随机布置三种方法施加节点偏差的单层球面网壳结构进行弹塑性动力响应分析,考虑了地震波类型、峰值加速度、屋面荷载大小和模型类型参数的影响,结果表明:在动力作用下结构响应完全随机,说明动力分析中“屈曲一致缺陷模态法”、“振型一致缺陷模态法”均不能用来模拟单层球面网壳中节点偏差的不利布置。最后,利用OpenSees有限元软件对施加了随机杆件初弯曲的单层球面网壳进行弹性动力响应分析,考虑了地震波类型的影响,结果表明:杆件初弯曲对网壳的弹性动力响应影响很小。分别对按照“屈曲一致缺陷模态法”、“振型一致缺陷模态法”、缺陷随机布置三种方法施加杆件初弯曲的单层球面网壳结构进行弹塑性动力响应分析,考虑了地震波类型、峰值加速度、屋面荷载大小和模型类型参数的影响,结果表明:在动力作用下结构响应完全随机,说明动力分析中“屈曲一致缺陷模态法”、“振型一致缺陷模态法”均不能用来模拟单层球面网壳中杆件初弯曲的不利布置。通过分析发现:单层球面网壳弹性动力响应分析中,初始几何缺陷对结构的响应影响很小;单层球面网壳弹塑性动力响应分析中“屈曲一致缺陷模态法”和“振型一致缺陷模态法”均不能有效的模拟网壳的初始几何缺陷,因此在确定网壳的初始几何缺陷前,必须进行足量的随机缺陷模拟,然后确定一个具有一定保证率的初始几何缺陷不利布置。


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