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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提高,结构的跨度越来越大,稳定问题也越来越突出。本文在总结国内外研究现状的基础上,对网壳结构的考虑初始几何缺陷的非线性稳定问题进行了系统研究。
本文主要研究了不同矢跨比条件下的非线性及考虑初始缺陷的临界荷载的比较,以半正弦曲线作为缺陷引入到刚度矩阵中,推求了刚度矩阵的表达方式,并且与国外文献的实验结果对比,有限元方法与拟壳法进行结果对比,验证了方法的正确性。随矢跨比增大,结构几何形状越接近理想球面,薄膜刚度增大,初始缺陷随矢跨比增大对结构的稳定性影响程度减小。
对由杆件制作误差而引起的缺陷,将杆件缺陷用等效节点力来模拟,通过汇交杆件刚度比来进行分配,着重从缺陷在径向及环向的布置研究了缺陷对结构性能的影响程度。
考虑了荷载不同分布下初始缺陷的影响程度。其中集中荷载作用下,顶点及内环节点的纵向刚度迅速减小,相应的节点位移增大,随荷载增加位移达到极限值;满跨不对称荷载作用下,位移最大发生在第一、二环上,除支座约束外,结构的所有节点纵向刚度都有所减小,第一第二环的节点刚度降低最快,最后形成失稳区域,发生整体大波状失稳;半跨不对称荷载作用下,往往形成失稳区域的节点位于荷载作用区内,结构发生半跨局部失稳。
考虑初始缺陷的支承刚度对稳定性的影响程度。结构挠度对刚度十分敏感,随支承刚度的增大,跨中挠度明显降低;刚度越小,位移曲线在过了极限点以后下降的快一些,位移最大处往往在靠近中心环的第二、三环处。
通过ANSYS有限元程序对实际工程进行稳定性分析,了解临界点前、后节点位移的变化、结构失稳时的变形形态具有重要意义。