凯威特-联方型单层网壳结构的静力稳定性及局部破坏敏感性分析

发布时间：2020-04-18 05:40

【摘要】：凯威特-联方型单层网壳是由凯威特型和联方型网格混合而成的形效结构体系,受力合理,近年来已成为大跨度空间结构领域的研究热点之一。本文以该结构为研究对象,对其考虑初始几何缺陷的静力稳定性和局部破坏敏感性进行了研究。主要工作如下:(1)对凯威特-联方型单层网壳理想结构和仅考虑整体缺陷结构的静力稳定性进行了对比研究,采用双控指标,判断结构的受力状态是否发生转变,以此探讨了整体缺陷最大值的合理性选取问题。结果表明:以轴向应力为主杆件的弯轴应力比统计均值不超过0.3,且以轴向应力为主杆件占有效杆件的百分比统计均值不小于60%的双控指标,作为凯威特-联方型单层网壳结构以薄膜内力为主的受力状态的判断依据。基于该双控指标,工程实践中,建议凯威特-联方型单层网壳结构引入整体缺陷时,缺陷最大值取跨度的1/500。(2)采用多段直梁法模拟杆件初弯曲,其形状设定为正弦半波,以极值Ⅰ型和均匀分布随机参数分别模拟其幅值和方向角,结合算例,验证了该方法的适用性。以随机缺陷模态法作为杆件初弯曲引入模式,评估其对单层网壳静力稳定性的影响程度,在此基础上,对杆件初弯曲幅值的合理选取提出建议。研究表明:由随机缺陷模态法得到的同时考虑整体缺陷和杆件初弯曲的结构稳定承载力系数不满足正态分布,建议以统计平均值作为其最终值;整体缺陷和杆件初弯曲对结构的稳定承载力存在耦合影响,从而一定程度上削弱了两种缺陷分别引入的不利影响。工程实践中,建议以最大杆件长度的1/400来考虑单层网壳中常用的a类截面杆件(轧制圆管)初弯曲的不利影响。(3)对凯威特-联方型单层网壳理想结构和整体缺陷结构的局部破坏敏感性进行对比研究,采用转换传力路径法,以敏感度指标评估单根杆件破坏和节点区域破坏对结构稳定承载力的影响,衡量其在结构中的重要性。结果表明:对于理想结构,单根杆件破坏的敏感度指标分布较离散,不同杆件的敏感性差异较大,而节点区域破坏会引起结构的传力路径发生改变,结构对节点区域破坏的敏感性更强;对于整体缺陷结构,随着矢跨比的增大,敏感性最强的杆件及节点区域均由联方部分外围转移至凯威特中部;相比于理想结构,整体缺陷结构单根杆件破坏的敏感度指标均大幅降低,整体缺陷的引入使单根杆件的破坏对剩余结构稳定承载力的影响减弱。工程实践中,建议对矢跨比较小的结构重点关注联方外围斜杆,对矢跨比较大的结构重点关注凯威特中部与主径肋相连的杆件,适当提高其安全储备。
【图文】：

弦支穹顶结构体系的上部刚性层较多采用该网格形式，如济南奥体中心体育馆[3](图1-2)、东莞厚街体育馆[4](图 1-3)等。图 1-2 济南奥体中心体育馆

图 1-3 东莞厚街体育馆目前对于凯威特-联方型混合网格单层网壳的研究还不充分，尤其凯威特与联方部分不同的力流传递转换和过渡可能对结构整体稳定性产生较大影响。针对以上问题，本文将开展凯威特-联方型单层网壳的静力稳定性研究，分析初始几何缺陷的影响，为工程设计和实践提供参考。1.2 国内外研究现状1.2.1 非线性屈曲分析结构稳定的研究由来已久，，逐本溯源至十八世纪，Euler 以梁的稳定问题为基础，提出了基于小挠度理论的欧拉临界荷载，开启了结构稳定研究的篇章。之后拉格朗日以大变形理论对柱子的屈曲进行研究。以理想柱为模型的研究仅涉及到简单结构的简单系统，停留在理论阶段，但它为针对真实情况构件的研究提供了理论基础，此后结构稳定
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU399

【参考文献】

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本文编号：2631775