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风雪载荷作用下单层球面网壳的稳定性分析

刘玉轩  
【摘要】:随着精神文明和物质文明的进步,网壳结构的质材越来越轻,跨度越来越大,厚度越来越簿,网壳的稳定性成为网壳结构设计的焦点。在国内外专家学者的努力下,网壳结构的静力稳定性问题形成了一个比较完善的体系。因为实验条件和计算条件的限制,网壳结构的动力稳定性问题起步较晚,理论体系还不够成熟。由于网壳结构属于缺陷敏感性材料,动力载荷在网壳结构上的不均匀分布问题更加突出,往往成为网壳失稳、倒塌的控制载荷。因此,研究大跨网壳结构在动载荷作用下的动力稳定性问题,有着重要的现实意义。在地震作用下的网壳动力稳定性研究,已经形成比较成熟的理论。风雪组合载荷在网壳结构上的分布规律更加复杂,对网壳的不均匀性作用更强,还没有形成一个行之有效的分析方法。因而,本文从风雪载荷方面进行单层球面网壳结构的动力稳定性分析。本文以施威德勒型单层球面网壳结构为研究对象,基于有限元分析理论,考虑初始缺陷和几何非线性、材料非线性的情况:1)使用ANSYS自带的二次开发语言APDL编写了参数化的用户界面程序,系统进行了网壳结构的自振特性分析,找出了网壳结构的共振频率;2)通过网壳结构的屈曲分析和非线性屈曲分析,计算出了结构的极限承载力,对比分析了影响网壳屈曲的因素,分析了线性屈曲和非线性屈曲结构极限承载力的差别;3)分析了网壳结构承受基本动力载荷(阶跃载荷、简谐载荷)时的时程位移特性曲线。在基本动力载荷下,对比分析了网壳结构有无初始缺陷和是否在共振区对结构动力稳定性的影响;4)分析了气候、地形等对风载荷的影响,利用MATLAB软件实现了施威德勒型单层球面网壳结构风荷载的数值计算以及在网壳表面雪荷载的不均匀分布计算;5)利用有限元软件ANSYS对比分析了在风雪载荷作用下,施威德勒型单层球面网壳结构的不同几何参数(矢跨比、跨度与杆件横截面积)对结构动力稳定性的影响。


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