K8型单层球面网壳非线性动力分析

【摘要】： 网壳结构具有刚度大、自重轻、造型丰富美观、综合技术指标好等特点,是大跨度空间结构的主要结构形式之一。目前,国内外文献在网壳结构静动力性能的研究领域取得了很多成果。K8型单层球面网壳是单层网壳的一种,是一种常见的网壳形式。对此种单层网壳结构,其设计的决定因素并非由强度确定,而取决于它的稳定性能。目前对单层球面网壳静力稳定性己经研究的较为成熟,而对其在地震等随机荷载作用下的非线性动力稳定性能的研究,尚处于研究阶段。本文以K8型单层球面网壳结构作为研究对象,根据非线性有限元理论建立了空间梁单元的切线刚度矩阵,编制了非线性动力稳定程序。利用比例法调整地震作用的加速度值和地震波持续时间,使地震波的加速度峰值和地震波持续时间都符合计算要求,分别计算了周边固支和周边铰支的K8型单层球面网壳在不同峰值加速度的地震荷载作用下结构的动力响应和在不同持续时间的地震波作用下的动力响应,得到网壳结构各个节点的节点位移,绘制出网壳结构的节点位移-加速度全过程曲线和网壳节点位移时程曲线,找到网壳最先失稳点,同时绘制出网壳结构在不同峰值加速度的地震作用下的变形图。通过B—R动力稳定临界荷载的判定准则,并结合网壳的失稳节点的位移时程曲线和网壳结构的变形,判定K8型单层球面网壳在地震荷载作用下的动力稳定临界荷载。计算结果表明,通过上述方法可以有效的判定网壳结构在地震荷载作用下的动力稳定临界荷载。通过变换地震波对结构作用的持续时间,分析了地震波持续时间对结构动力刚度和动力稳定性的影响,并根据B—R动力稳定临界荷载的判定准则,判定结构在不同地震波持续时间作用下的动力失稳荷载。同时本文变换了不同的结构参数如网壳结构的支座形式,不同的矢跨比,分析了不同结构参数对K8型单层球面网壳动力稳定性能的影响,并对有关结构参数的选取给出了合理建议,为工程实际提供了一定设计依据。最后对K8型单层球面网壳结构今后的研究方向提出展望。