风雪荷载作用下单层球面网壳动力失稳研究

来源 :河北农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:michael8363
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大跨度空间结构对风雪荷载十分敏感,风雪荷载作用下动力失稳临界风速的确定是网壳结构抗风雪设计的关键。近年来,全球气候变化异常,强风暴雪天气在我国屡见不鲜。2008年南方特大雪灾对我国造成巨大的人员伤亡和财产损失,尤其是大跨度空间结构的损毁情况甚为严重。大跨度空间结构风雪致灾机理的研究受到各界学者的广泛关注,然而目前关于风雪荷载对大跨度网壳结构影响的研究尚处于初期阶段。为了深入研究风雪荷载共同作用下球面网壳的动力响应特性,本文通过建立K8-8型单层球面网壳有限元模型,利用MATLAB程序获取随机风速时程曲线,较为全面地分析了支座形式、杆件刚度、矢跨比和雪荷载分布情况对球面网壳结构风振响应特性的影响。  根据现实生产生活的要求,利用3D3S结构设计软件建立具有实际工程意义的K8-8型单层球面网壳结构模型,结合荷载规范规定选取适当杆件截面和节点半径,并对其进行抗震、抗风验算。在计算模型满足设计要求的前提下,分别考察了在不同雪荷载分布情况下0.2和0.4两种矢跨比的单层球面网壳模型的静力变形情况。研究结果表明,当球面网壳模型作用半跨非均布较大雪压时网壳结构变形情况最为明显。从而为不同雪荷载分布模式下球面网壳结构的动力响应特性研究提供比较依据。  在考虑几何非线性和材料非线性情况下,针对三维风荷载作用下的单层球面网壳结构进行动力稳定性研究,改变支座形式、杆件刚度和矢跨比等影响因素,并根据B-R准则确定不同条件下球面网壳结构的临界失稳风速值。通过分析不同影响因素下网壳结构的抗风性能发现,加强支座约束和适当增加杆件刚度均可以明显改善网壳结构的稳定性。另外,矢跨比为0.2的单层球面网壳结构只承受风吸作用,而矢跨比为0.4的单层球面网壳结构同时受风吸力和压力作用,其抗风性能远高于矢跨比为0.2的球壳结构。  由于矢跨比为0.2和矢跨比为0.4的单层球而网壳结构表面受力情况在风荷载作用时存在差异性,故在考虑雪荷载分布情况时将两者分别进行研究。考虑雪荷载分布范围和分布厚度方面的不同,按全跨、半跨、最外两环半跨三种布置情况和均匀、不均匀两种分布情况将雪荷载进行工况组合后分别作用于球面网壳上,在风雪荷载共同作用下试算出结构动力失稳破坏时的临界风速值。分析结果显示:当沿网壳最外两环迎风面半跨布置雪荷载时,失稳临界风速值最低,为最不利布置情况,且矢跨比为0.2的球面网壳结构的承载能力较矢跨比为0.4的球壳结构更低。
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