考虑节点刚度和索力损失缺陷的索撑网壳稳定性研究

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索撑网壳结构是在单层网壳的基础上,施加预应力拉索而形成的一种混合空间结构体系,能充分改善单层网壳稳定性能的同时,提高结构承载力,减轻自重,并保持结构通透性能和采光性能好的优点,非常适用于自由曲面形态的建筑结构。目前考虑缺陷对索撑网壳稳定性能影响的相关研究,主要集中在初始几何缺陷,而对具有其它类型缺陷的索撑网壳的相关理论和研究并不充分,这制约了其在实际工程中的应用。于是,本文对具有节点刚度缺陷和索力损失缺陷的索撑网壳展开了深入研究。通过数值模拟和理论分析等手段,分别研究了两种缺陷对索撑网壳稳定性能的影响,并提出了不对称度的分析方法,为索撑网壳的工程应用和推广提供了数据支持。本文主要进行了以下几方面的工作:1、考虑节点刚度损失缺陷的索撑网壳结构稳定性研究基于ANSYS有限元分析软件,建立了半刚性节点索撑网壳的数值分析模型,分别对几种典型形式的索撑网壳结构进行分析,考虑了同一和随机两种情况下的缺陷分布,总结了节点刚度缺陷对索撑网壳稳定性能的影响。结果表明,节点刚度缺陷对双曲椭圆抛物面和球面索撑网壳的稳定性能影响较小;而两纵边支承的柱面索撑网壳在随机的节点刚度缺陷下可能会出现两种失稳模式,一种是承载力较高的正对称失稳,一种是承载力较低的侧向失稳,后者承载力仅为前者的2/3。2、基于“不对称度”的柱面索撑网壳失稳模式判别方法对两纵边支承的柱面索撑网壳在随机节点刚度缺陷下发生两种失稳模式的原因进行了深入分析。根据节点刚度的分布情况,提出了不对称度的概念和计算方法,并确定了结构失稳模式发生改变时的不对称度临界值β0=1,当不对称度β<1时,结构发生正对称失稳,当β≥1时,结构发生侧向失稳;通过参数分析,验证了不对称度的适用性。同时,初步建立了公式中系数和结构变形之间的联系。3、考虑索力损失缺陷的索撑网壳结构稳定性研究基于ANSYS有限元分析软件,建立了具有索力损失缺陷的索撑网壳精细化数值分析模型,分别对几种典型形式的索撑网壳在具有不同索力损失缺陷情况下的稳定性能展开了研究。通过大量算例分析,表明索力损失缺陷对双曲椭圆抛物面和球面索撑网壳稳定性能影响较大,而对四边支承的柱面索撑网壳基本没有影响。
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