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单层球面网壳稳定设计方法研究

张志刚  
【摘要】:单层球面网壳是目前空间结构中使用较多的一种结构形式。随着人们对建筑功能要求的不断提高,结构的跨度越来越大,所用材料越来越经济,稳定问题也因此成为单层球面网壳结构设计中的关键问题。本文在总结国内外研究现状的基础上,详细地介绍了单层球面网壳结构失稳类型以及影响失稳的因素,阐述了单层球面网壳结构稳定分析方法的基本原理以及考虑初始缺陷的分析方法。 本文研究内容涉及节点抗弯刚性判断以及节点抗弯刚性对单层球面网壳结构稳定的影响、构件计算长度研究等。 对钢结构节点的研究,目前主要集中节点承载力,而较少涉及节点的刚度问题。本文首先介绍了前人对于节点抗弯刚度,以及节点抗弯刚度对单层球面网壳稳定的影响的研究成果,然后参考欧洲规范EC3中关于节点刚度的规定,提出了对节点抗弯刚性进行判别的实用方法。基于非线性有限元法的基本原理,本文详细地阐述了考虑节点抗弯刚度对网壳稳定性影响分析在ANSYS程序中的实现,以一个实际工程作为算例,采用特征值屈曲分析、非线性屈曲分析论证了节点刚度对某些型式的单层球面网壳整体稳定影响较小。 接着,本文结合单层球面网壳结构的特点,阐述了构件计算长度系数的物理意义、计算方法及影响因素,对不同计算方法进行特点评述和对比,提出应用二阶分析法确定单层球面网壳结构构件计算长度的方法。将假想力法运用在考虑初始缺陷的网壳结构模型中进行整体稳定分析,克服了传统的一致缺陷法计算量大、不易收敛的困难。本文得出了一些有价值的结论,可供实际工程设计参考。


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