单层网壳结构弹塑性稳定性和优化设计研究_薛慧立

地震作用下单层柱面网壳结构的弹塑性性能研究近年来，随着经济发展和城市化的普及，高层建筑普遍存在于世界各地，这些建筑对外在环境利用及承受的负荷起着很大的作用。

然而，当高层建筑在地震等强度较大的外力作用下受到破坏时，就会对人们的生命财产和社会秩序产生严重的威胁。

因此，研究建筑物的抗震性能很重要。

作为一种新型的地震抗震结构，单层柱面网壳结构具有良好的抗震性能，受到了广泛的关注。

本文将以《地震作用下单层柱面网壳结构的弹塑性性能研究》为标题，讨论单层柱面网壳结构在地震作用下的弹塑性性能。

首先，在弹塑性缓冲和容易制造等优点使得单层柱面网壳结构在抗震结构中受到了越来越多的关注。

其次，单层柱面网壳结构的柱面构件是轴向受压的构件，而且它具有一定的抗剪刚度，可以有效的抑制结构的振动，降低结构的应力集中程度，并起到一定的缓冲和消震作用。

此外，网壳构件具有本构和节点处的柔性，可以将结构的内力传递至支座，增加结构的刚度，有效的降低结构的应力，而且不会影响结构的几何特征，使结构更具有灵活性，有效的抗震抗滑移能力。

地震作用下单层柱面网壳结构的弹塑性性能是该结构运动能力的重要指标。

为了研究单层柱面网壳结构的弹塑性性能，首先，需要确定该结构的受力本构特征，以及该结构在不同弹性模量、受力和地震加速度下的振动参数特征，以及该结构在不同弹性模量、外力及地震加速度下的变形能力、剪刚度和平面挠度等抗震性能。

其次，可以采用试验方法直接研究地震作用下单层柱面网壳结构的弹塑性性能；也可以采用计算机模拟方法来研究该结构的弹塑性性能，这种方法可以根据结构的几何结构、受力本构特征和地震荷载变化，模拟结构的抗震性能，获得更深入的分析结果。

再次，可以利用实验室设备对单层柱面网壳结构的抗震性能进行模拟，进行地震作用下的弹塑性性能研究，这种方法可以更直观地研究单层柱面网壳结构在地震激励作用下的弹塑性性能，从而获得可靠的研究结论。

综上所述，地震作用下单层柱面网壳结构的弹塑性性能是一项重要的研究内容，其研究可以利用试验方法、计算机模拟方法和实验室设备模拟方法三种方法来研究。

单层网壳结构稳定性分析
周飞;宛树旗
【期刊名称】《建材世界》
【年(卷),期】2007(028)003
【摘要】介绍了网壳结构非线性全过程分析的理论和方法,利用大型通用有限元分析程序对单层球面网壳结构进行建模及求解,通过分析单层球面网壳的载荷-位移曲线,对单层球面网壳的失稳形态和稳定性能进行了研究,对影响单层球面网壳稳定性的多种因素进行了分析和总结,指出影响单层球面网壳稳定性的几个主要因素,较精确地确定单层球面网壳结构稳定性极限承载力,提出的简便计算公式.
【总页数】4页(P119-122)
【作者】周飞;宛树旗
【作者单位】广东瀚华建筑设计有限公司,广州,510630;广东瀚华建筑设计有限公司,广州,510630
【正文语种】中文
【中图分类】TU3
【相关文献】
1.地震作用下单层网壳结构动力稳定性分析的能量准则 [J], 徐军;孙锐
2.某开口单层网壳结构设计及稳定性分析 [J], 程杨苟;张晓光
3.MG(南汽)展示厅异型单层网壳结构稳定性分析 [J], 姚东生
4.单层网壳结构稳定性分析的随机缺陷模态迭加法 [J], 刘慧娟;罗永峰;杨绿峰;张
伟
5.单层网壳结构整体稳定性分析 [J], 武继虎
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考虑整体稳定的单层网壳截面优化设计
王法武;唐敢
【期刊名称】《空间结构》
【年(卷),期】2006(12)3
【摘要】整体稳定性是单层网壳结构设计中的一个关键问题.在进行此类结构的优化时,必须考虑整体稳定性的影响才能得到符合规程要求的设计.本文综合考虑了位移、应力和杆件稳定以及结构整体稳定性条件,提出了基于最优准则法的优化设计方法,可按照钢结构设计规范和网壳结构规程的要求,对单层网壳结构进行杆件截面设计.
【总页数】5页(P31-34)
【关键词】单层网壳;优化设计;结构稳定
【作者】王法武;唐敢
【作者单位】东南大学土木工程学院;南京航空航天大学土木系
【正文语种】中文
【中图分类】TU393.3
【相关文献】
1.地震荷载作用下考虑杆件屈曲的单层球面网壳结构整体稳定性研究 [J], 马腾飞;冯秀苓;周晖;王江;魏昕
2.矢跨比对考虑杆件屈曲的单层球面网壳结构整体稳定性能的敏感性分析 [J], 马腾飞;周晖;曲淑萍
3.钢结构单层网壳整体稳定性分析设计 [J], 史纲;刘辉;庄晓玲
4.考虑结构整体稳定性的单层网壳优化设计 [J], 李永梅;张毅刚
5.考虑几何非线性影响的单层网壳优化设计 [J], 张年文;董石麟;黄业飞;赵阳因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

某单层肋环形球面网壳结构的整体稳定分析陈庆烈【摘要】整体稳定分析问题一直是球面网壳设计中的关键问题.理论分析和工程实践表明:网壳结构的设计通常受其稳定性控制.网壳结构的整体稳定分析主要有三种:屈曲分析、弹性整体稳定分析和弹塑性整体稳定分析.本文借助有限元分析软件ANSYS,以某单层肋环型球面网壳为代表,对其进行屈曲分析、弹性整体稳定分析和弹塑性整体稳定分析,同时深入研究不同缺陷模式对整体稳定性能的影响.研究发现,单层球面网壳前六阶屈曲模态的整体稳定系数相接近,且出现相邻的重模态现象;最低阶屈曲模态缺陷对网壳结构的弹性整体稳定承载力影响最大,但对其弹塑性整体稳定承载力的影响未必最大,故有必要考察相邻的较低阶屈曲模态缺陷对网壳结构的影响.【期刊名称】《四川建材》【年(卷),期】2016(042)003【总页数】2页(P87-88)【关键词】单层肋环形球面网壳;整体稳定;极限承载力;有限元;缺陷模式【作者】陈庆烈【作者单位】同济大学建筑工程系,上海200092【正文语种】中文【中图分类】TU399某单层球面网壳的直径为30 m，矢高20 m(网壳底部标高0.000 m，网壳顶点标高20.000 m)。

周边边界点为支座节点，且为固定铰支座。

荷载标准值为：均布恒载q=1.0 kN/m2 (不包括结构自重)；均布活载p=0.7 kN/m2。

钢材种类选用Q235。

为简化分析，本网壳采用同一杆件截面形式，160×5，径向等分为12份，每根杆件长约1.54 m，环向等分为30份，每根杆件长约0.32～3.14 m。

各杆件选用BEAM188单元，且每个杆件为一个杆单元。

杆件各节点理想刚接，且不考虑节点形式，支座节点理想铰接。

在弹性整体稳定分析时，假定材料为无限弹性；在弹塑性整体稳定分析时，假定材料为理想弹塑性[1]。

当网壳受恒载和活载作用时，其稳定性承载力以恒载与活载的标准组合来衡量，根据JGJ7-2010《网壳结构技术规程》[2](以下简称《技术规程》)中大量算例分析表明：荷载的不对称分布(实际计算中取活载的半跨分布)对球面网壳的稳定性承载力无不利影响。

大跨度网壳结构的稳定性分析xxxxxx摘要：空间结构是一种倍受瞩目的结构形式，其中网壳结构是近半个世纪以来发展最快、应用最广的空间结构之一。

随着大跨度单层网壳结构的不断涌现，其结构重要性不言而喻，结构的稳定性问题尤为突出。

本文主要介绍了网壳结构的稳定性问题并以某大跨度球类馆为工程实例，采用非线性有限元法针对承载力计算时的11种工况进行整体稳定计算，考虑了材料和几何非线性，对实际工程进行了第一类和第二类稳定分析，结果表明：该网壳结构的第一类稳定符合相关规范的要求；其第二类稳定性较差。

因此，第二类稳定分析应该受到重视。

关键词：网壳结构；稳定性；非线性有限元；大跨度；稳定系数STABILITY ANALYSIS OF LONG-SPAN LATTICED SHELLSxxxDepartment of Civil Engineering ,xxxAbstract: Space structure is a very attractive structure system, and the latticed shell is one of the furthest development and the most widely applied space structure in the recent half century. The stability analysis is the key problem in the design of latticed shells, especially in single-layer latticed shells. This paper introduces the stability of latticed shells and a long-span ball gymnasium is adopted as a practical work, and it is analyzed by nonlinear finite element method under the first and the second kinds of stability problems. The holistic calculation aimed at 11 conditions in bearing capacity, material and geometric nonlinearity are considered. The results show that the first kind of stability of this latticed shells accords with the requirements of correlative specifications; the second kind of stability is poorer. Therefore, the analysis of the second kind of stability should be paid attention..Keywords: latticed shells; stability; nonlinear finite element; long-span; stability factor1 前言自20世纪以来，大跨度、大空间的建筑在世界各地得到了迅猛发展。

第24卷第5期 V ol.24 No.5 工 程 力 学 2007年 5 月 May 2007 ENGINEERING MECHANICS17———————————————收稿日期：2005-09-17；修改日期：2005-12-27 基金项目：国家自然科学基金重点资助项目(50338010)作者简介：*曹正罡(1975)，男，黑龙江呼玛县人，讲师，博士生，从事网壳结构稳定性研究(E-mail: caohit@)； 范 峰(1971)，男，安徽安庆人，教授，博士，长期从事大跨空间结构抗震、稳定性能研究；沈世钊(1933)，男，浙江嘉兴市人，教授，中国工程院院士，长期从事大跨空间结构抗风、抗震、稳定性能研究.文章编号：1000-4750(2007)05-0017-07单层球面网壳结构弹塑性稳定性能研究*曹正罡，范 峰，沈世钊(哈尔滨工业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150090)摘 要：有计划地针对六种实际尺寸的常用单层球面网壳结构，利用ANSYS 软件及自编的前后处理程序进行了3200余例网壳双重非线性全过程分析。

求得网壳的弹塑性极限承载力，系统地考察了初始缺陷和荷载不对称分布，支承条件等因素对单层球面网壳结构弹塑性稳定性能的影响，着重研究考虑材料非线性后网壳极限承载力的变化规律。

通过这种大规模参数分析研究，较全面了解单层球面网壳结构的弹塑性稳定性能，为实际工程设计提供了理论依据和设计参考。

关键词：球面网壳；稳定；极限承载力；弹塑性；ANSYS 中图分类号：TU311.2 文献标识码：AELASTO-PLASTIC STABILITY ANALYSIS OF SINGLE LAYER LATTICEDDOMES*CAO Zheng-gang , FAN Feng , SHEN Shi-zhao(School of Civil Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin, Heilongjiang 150090, China)Abstract: A comprehensive parametric analysis of elasto-plastic stability behaviors of six kinds of real latticed domes with various geometric parameters were carried out in the present paper. Based upon geometrical and material nonlinear complete-process analysis, more than 3200 examples of latticed domes were analyzed by Finite Element Method software ANSYS and self-developed pre- and post-processing programs for critical elasto-plastic loads. The effects of initial imperfection, possible unsymmetrical distribution of loads and different supporting conditions, especially the effects of material nonlinearity on the critical loads of these kinds of domes were considered. Through the analytical results, the elasto-plastic stability behaviors of single-layer latticed domes are concluded, and guide-lines for the design of this structure is provided. Key words: latticed domes; stability; critical loads; elasto-plasticity; ANSYS网壳结构在静力作用下的稳定性问题自20世纪80年代后期至90年代中期曾是一个理论研究热点课题，当时许多研究者运用非线性有限元分析方法对网壳结构进行弹性的或弹塑性的荷载-位移全过程跟踪，从各个方面研究其稳定性能。

大矢跨比单层球面网壳动力试验模型弹塑性稳定分析
邓卫贤
【期刊名称】《钢结构》
【年(卷),期】2012(000)003
【摘要】为了解水平地震作用下具有不同失效机制的单层球面网壳结构在静力荷载作用下的弹塑性稳定性能,利用有限元软件ANSYS,对两个矢跨比为1/2的单层球面网壳结构试验模型进行双重非线性全过程分析,获得结构的弹塑性极限承载力,比较二者的失稳模态,初步了解二者之间的差异.考察结构杆件屈曲、初始缺陷等因素对结构稳定性能的影响,并分析各因素对结构极限承载力的影响规律.结果表明,地震作用下,具有强度破坏特征的网壳结构在静力下的失稳模式表现为结构的整体失稳,而发生动力失稳破坏的结构则表现为局部失稳破坏.杆件失稳和初始缺陷使结构的临界荷载大幅度降低,且地震作用下属于强度破坏的单层球面网壳结构在静力下对初始缺陷的敏感性大于动力失稳破坏结构.
【总页数】6页(P5-10)
【作者】邓卫贤
【作者单位】河南九冶建设有限公司,郑州 450001
【正文语种】中文
【相关文献】
1.单层球面网壳结构的弹塑性稳定分析 [J], 管玉山
2.考虑下部支承结构的单层球面网壳的动力稳定分析 [J], 李红梅;路维;王军林;任小强;孙建恒
3.K8型单层球面网壳非线性动力稳定分析 [J], 路维;孙建恒;孙超;赵淑丽
4.大矢跨比单层球面网壳弹塑性稳定性研究 [J], 曹正罡;范峰;沈世钊
5.大矢跨比开孔单层球面网壳结构的抗震分析与设计 [J], 韩庆华;刘锡良
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单层球面网壳结构的稳定性分析摘要：网壳结构是近年来在建筑工程中广泛应用的一种空间结构形式，它受力合理,造型美观, 用料经济,施工简便。

其结构形势多样,跨度较大,重量轻，因而网壳结构的稳定性问题是结构设计和施工安装中的十分重要。

本文主要在国内外研究成果的基础上，介绍单层球面网壳结构的发展状况以及其非线性稳定性分析方法，并得出相关结论。

关键词：单层球面网壳结构、非线性、稳定性Abstract:In recent years latticed shell is a widespread spatial structure in the architectural engineering because of the reasonable stress, the beautiful modeling and convenient installation. Its structure diversifies , span is big and the weight is light. So the stability calculation problem on the latticed shell structure becomes important in the structure design and construction installment. Based on the recent research within and without , this paper mainly introduce the development and the nonlinear stability analysis methods of single-layer spherical lattice shells and draws some conclusions.Key words: single-layer spherical lattice shell、nonlinear、stability1 网壳结构的发展概况网壳结构是一种由杆件构成的曲面网格结构，可以看作是曲面状的网架结构，兼有杆系结构和薄壳结构的固有特性。

基于strand7的K8单层球面网壳的弹塑性稳定分析本文先对网壳结构的受力特性和优点等做了简要介绍，然后对网壳结构的失稳现象进行了简单阐述，最后，本文对K8单层球面网壳结构的线性屈曲与考虑初始几何缺陷条件下的弹塑性稳定做了计算分析，并得出一定的结论。

标签：网壳结构；K8单层球面网壳；线性屈曲；弹塑性屈曲；初始几何缺陷1 网壳结构的特点及工程应用网壳结构式一种曲面网格结构，兼有杆系结构的构造简单和薄壳结构受力合理的特点，因而具有跨越能力大、刚度好、材料省、杆件单一、制作安装方便等特点，是大跨度空间结构中一种举足轻重的结构形式，也是近半个世纪以来发展最快、应用最广的一种空间结构。

网壳结构的优点如下：（1）网壳结构兼有杆件结构和薄壳结构的主要特性，受力合理，可以跨越较大的跨度。

（2）网壳结构具有优美的建筑造型，无论是建筑平面、外形和形体都能给设计师以充分的创作自由。

（3）网壳结构应用范围广泛，既可用于中小跨度的民用和工业建筑，也可用于大跨度的各种建筑，特别是超大跨度的建筑。

（4）网壳结构可以用较小的杆件组成很大的空间，而且杆件单一，这些构件可以在工厂预制实现工业化生产，安装简便快速，适应采用各种条件下的施工工艺，不需要大型设备，综合经济指标较好。

正是由于网壳结构的以上特点，使其在国内外很多著名大型建筑中都有良好的表现。

失稳模态：网壳结构失稳后因产生大变形而形成的新的几何形状称为失稳模态。

常见的网壳结构失稳模态包括杆件失稳、点失稳、条状失稳和整体失稳。

一般也把前两种失稳称为局部失稳。

2 K8单层球面网壳的弹塑性稳定分析2.1 K8单层球面网壳的计算方案及参数设定本文以K8型单层球面网壳结构为计算模型，其俯视平面形状为圆形，球面直径为132.5m，底平面的直径（跨度）为70m，矢高为10m，矢跨比为1/7，支撑条件为周边铰支。

网壳杆件频数为9，杆长范围为3～5m左右。

具体几何模型见图1。

（1）材料：钢管，Q235钢材，屈服强度235MP，弹性模量E=2.06×1011Pa，泊松比ν=0.3，密度为7850kg/m3。

万方数据　万方数据　万方数据　万方数据　万方数据单层球面网壳的弹塑性稳定性作者：曹正罡， 范峰， 沈世钊， Cao Zhenggang， Fan Feng， Shen Shizhao作者单位：哈尔滨工业大学,黑龙江,哈尔滨,150090刊名：土木工程学报英文刊名：CHINA CIVIL ENGINEERING JOURNAL年，卷(期)：2006,39(10)被引用次数：7次1.沈世钊.陈昕网壳结构稳定性 19992.JGJ 61-2003.网壳结构技术规程 20033.刘涛.杨凤鹏.李贵敏精通ANSYS 20024.Crisfield M A An arc-length method including line searches and acceleration 1983(19)5.Bellini P X.Chulya A An improved automatic incremental algortithm for the efficient solution of nonlinear finite element equations 1987(26)6.Meek J L.Loganathan S Theoretical and experrimental investigation of a shallow geodesic dome 1989(02)7.沈世钊大跨空间结构理论研究若干新进展[会议论文] 20051.栗蕾.黄义具有初始缺陷的扁球面网壳的混沌运动与控制[期刊论文]-振动与冲击 2009(6)2.蒋友宝基于容许位移的网壳结构稳定验算实用方法[期刊论文]-建筑技术 2009(5)3.曹正罡.孙瑛.范峰.沈世钊单层双曲椭圆抛物面网壳弹塑性稳定性能[期刊论文]-建筑结构学报 2009(2)4.曹正罡.孙瑛.范峰.沈世钊单层柱面网壳弹塑性稳定性能研究[期刊论文]-土木工程学报 2009(3)5.蒋友宝正交拱式结构的稳定分析[期刊论文]-建筑科学 2008(9)6.唐敢.王法武.吴靖坤具有随机几何缺陷的大跨度单层球面网壳稳定性分析[期刊论文]-钢结构 2008(5)7.陈为.樊明洁.赵伟弦支穹顶结构的弹性稳定性分析[期刊论文]-山西建筑 2007(25)本文链接：/Periodical_tmgcxb200610002.aspx。

浅谈网壳结构的稳定性分析浅谈网壳结构的稳定性分析【摘要】稳定性是网壳结构（尤其是单层网壳结构）分析设计中的关键问题。

在设计网壳结构时，除了按常规设计规范验算网壳结构构件强度、稳定性及结构刚度外，还应该进行结构整体稳定性以及对初始缺陷的敏感性验算[2]。

本文对影响网壳稳定性的因素和研究方法做了综述，从而有助于设计人员对网壳稳定性的研究。

【关键词】网壳；稳定性；缺陷网壳结构的稳定性能可能从其荷载-位移全过程曲线中得到完整的概念。

结构的失稳（屈曲）类型分为两种：一种是极值点屈曲，另一种是分枝点屈曲，其中分枝点屈曲又分为稳定分枝点屈曲和不稳定分枝点屈曲。

网壳结构根据不同的曲面形式对初始缺陷的敏感程度不同。

对初始缺陷敏感的网壳，结构稳定承载力会因为初始缺陷的存在而降低，同时，初始缺陷还会导致分枝屈曲问题转化极值点屈曲问题。

分枝点屈曲只发生在理想完善的结构，实际结构都是有初始缺陷的，所以其失稳都极值点屈曲而不是分枝点屈曲。

网壳失稳模态有很多种类型，通常有两种分类方法：一种是根据网壳结构失稳时，结构失稳的变形范围可以分为局部失稳和整体失稳；另一种是根据结构失稳时，构件是否发生塑性变形可以分为弹性失稳和塑性失稳。

局部失稳就是结构在荷载作用下失稳时，如果只有某个或某些局部区域结构偏离了初始平衡位置的失稳变形，而其他区域没有发生偏离初始平衡位置的变形。

结构的局部失稳又可以分为局部节点失稳和局部杆件失稳，局部节点失稳主要表现为结构局部一个或多个节点偏离了其初始平衡位移，这种节点的偏离平衡位置有两种，第一种是节点仍在它初始平衡位置上，但节点已经出现了绕某个自身轴的转动变形，这样的转动变形有可能会造成连接在此节点上的杆件弯曲变形。

第二种是节点偏离了它的初始平衡位置。

局部失稳一般容易发生在结构整体刚度分布不均匀，存在较薄弱的区域或者在结构上某区域作用过大的集中荷载。

整体失稳就是结构在荷载作用下失稳时，结构的大部分或几乎整个结构都偏离了初始平衡位置的失稳变形。

不同类型单层球面网壳动力时程分析吴军强;李海旺【摘要】本文利用ansys有限元软件,以60m跨的凯威特、施威德勒、联方型单层球面网壳为研究对象,研究其弹塑性动力失稳情况.设计时考虑材料几何非线性效应,钢材选为双线性弹性材料模型.采用增大地震峰值加速度的方法,通过选用四条地震波和一条人工地震波,对不同网壳结构的整体稳定性和抗震性能进行了讨论.并对不同网壳的抗震性能及地震波的选取提出了建议.【期刊名称】《安徽师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2014(037)004【总页数】5页(P347-351)【关键词】ansys有限元软件;单层球面网壳;弹塑性;地震峰值加速度【作者】吴军强;李海旺【作者单位】太原理工大学建筑工程学院,太原030024;太原理工大学建筑工程学院,太原030024【正文语种】中文【中图分类】TU33.1网壳结构作为空间网格结构的一种，具有较好的安全性，经济性，适用性的优点[1].其杆件比较单一，受力比较合理，结构的刚度大、跨越能力强，兼具杆系结构和薄壳结构的主要特性.因其造型美观，综合经济指标较好，被广泛的应用于各种体育场馆、会展中心、工业厂房，标志性结构等人员活动比较集中的场所[2].大跨空间网壳结构在地震荷载作用下的振动规律除与地震荷载有关，还与结构自振特性紧密相关[3].目前网壳的研究主要集中在同一种网壳的矢跨比，截面尺寸，荷载作用方式的静力动力分析等[4-7]，随着研究的深入，网壳结构在动力作用下的失效机理受到了国内外专家的关注[8-10]，而对不同网壳类型间的比较研究较少. 本文探讨了跨度为60m，矢跨比为1/4的凯威特，施威德勒，联方型三种单层球面网壳，承受相同的荷载，结构阻尼比为0.05时不同地震波下结构的位移响应.分析影响结构抗震的主要因素，及网壳结构类型不同，对抗震的影响.本文采用的结构模型是跨度为60m的凯威特，施威德勒，联方型单层球面网壳，矢高15m，环向分为36段，径向分为8段.下部结构为钢结构，支座固接.网壳所有杆件均采用Q235电焊钢管.杆件采用梁单元beam188，考虑梁单元的大变形和大转角，节点集中质量单元采用Mass21，钢材采用双线性弹塑性材料等向强化模型.网壳结构截面尺寸和用钢量见表1.采用密度为7850kg/m3，弹性模量为2.06×105MPa，切线模量为6.18×103MPa，泊松比为0.3，屈服强度为235MPa.以结构拟建地太原为例，设计基准期为50年，计算时要考虑双向地震作用，设计分组为第一组，抗震设防烈度取8度0.2g，场地类别为III类，场地地震反应谱特征周期是0.45s，设计阻尼比为0.05[11].根据《建筑结构荷载规范》[12]恒荷载标准值取0.5KN/m2，活荷载标准值取0.3KN/m2,风荷载取0.3KN/m2.网壳节点编号从内圈开始，逐步增大.本文选取了五条地震波(见图1—图5)，对结构进行分析，其中人工地震波是按照太原地区8度地震的要求确定的.模态分析用于分析结构的固有振动特性，确定结构的固有频率和振型，是结构动力分析的基础.本文根据ansys有限元分析软件，对结构弹性阶段进行模态分析，分别选结构的前20阶振型进行比较.见表2和图6.从表2和图6可以看出，总体上，凯威特网壳和联方网壳周期相近，施威德勒网壳较小，后者网壳整体刚度大.到20阶时，凯威特和联方周期为0.26s，振动模态曲线几乎重合，施威德勒为0.22s.三种网壳的前2个周期几乎相等，变化小，第三阶开始，周期比前2阶小了很多.从图6可以看出，三种网壳的振型变化规律相似，故本文选了具有代表性的凯威特网壳模态图进行分析，见图7—12.可以看出，网壳的前二阶主要是水平振动，其后，竖向振动参与，和水平振动相互作用，结构周期减小，结构趋于稳定，结构整体刚度较好.3.1 不同地震波的影响本文采用的结构，通过3d3s软件对结构模型进行优化设计，并将恒载，活载通过杆件导到节点，以恒载和0.5倍活载作为初始条件，进行动力时程分析.该结构以三维地震动输入，即为水平方向(X和Y向)，竖直方向(Z向).按X+0.85Y+0.65Z 的组合输入. 见图13-15.从图13-15可以看出，不同地震波作用下三种网壳的位移相差很大，其中CC波位移最大，响应最明显，EI和NO波最小.分析其原因，除了受频谱特性影响外，还与地震波强震持时有关.EI波、NO波、RG波、CC波、KO波的强震持时分别为1.67s、2.31s、3.18s、3.34s、3.56s.因此，对于实际工程的动力稳定问题，应多选几条地震波，并根据当地的场地类型选用.从图16可以看出，在EI波下，三种网壳位移相差不大，凯威特和联方曲线几乎重合，200gal-2000gal时，施威德勒网壳位移较其他两个小，之后反超.3.2 阻尼的影响阻尼是反映结构体系振动过程中能力耗散特征的参数，是由于材料的内摩擦作用而使机械能量转化为热能消失在周围的介质中，主要包括节点、支座联接间的摩擦阻力.本文选取的阻尼为0.05，与无阻尼时网壳振动进行比较，见图17.图17中，结构有阻尼存在时，位移均有较大减小，对网壳的作用显著.其中，凯威特减少了66.82%，施威德勒减少了70.45%，而联方减少了55.15%.所以应根据实际情况，对结构节点或支座进行阻尼设计.3.3 地震波不同输入方向的影响本文分别对水平，竖向及两者同时输入地震波三种情况下，网壳的动力响应进行了研究，表明三种网壳的差异性并不大，故只对联方网壳进行了分析，如图18.其中双向地震位移最大，其次是水平向地震，而竖向地震影响较小.3.4 初始几何缺陷的影响实际网壳结构不可避免地存在各种初始缺陷，如杆件的初弯曲、初始内应力、杆件对结点初始偏心等.初始缺陷的分布采用一致缺陷模态法，本文取网壳静力失稳时刻的第一阶屈曲模态作为最不利初始缺陷分布，对三种网壳分别按无缺陷的理想情形和具有初始缺陷的情形进行分析.如图19所示.从图19可见，凯威特在1200gal-1400gal时，结构发生屈曲，位移很大.联方网壳在1600gal-2000gal时发生屈曲，位移很大，而施威德勒网壳并未发生很大位移，与理想状态相差较小.本文对三种不同的单层球面网壳模型的抗震性能进行了研究，分析他们在不同地震波下的峰值加速度-位移曲线，获得如下结论.1)三种网壳在不同地震波下，位移受频率值和强震持时影响较大，凯威特和联方网壳位移曲线相近，施威德勒位移较小.2)阻尼为0.05的三种网壳，相对于理想网壳，位移都有大幅降低.3)结构在双向和水平地震波作用下，位移较大.竖向地震波对网壳结构影响较小.4)初始几何缺陷能显著降低结构的极限荷载，对凯威特和联方网壳较大，施威德勒网壳受影响较小.【相关文献】[1] 英金贵.单层球面网壳结构在地震作用下的动力稳定性研究[D].南昌：南昌大学，2006.[2] 沈欣欣，周满意.大跨度空间结构的主要形式及特点简析[J].科技资讯，2011，(16):53.[3] 杨付刚，孙建梅.大跨空间网壳结构动力特性研究[J].钢结构，2010，(2):13-18.[4] 罗永峰，宋谦.不同矢跨比单层球面网壳的稳定性态[J].建筑钢结构进展，2005，(2):37-42.[5] 杨，支旭东，范峰，沈世钊.施威德勒网壳结构的动力强度破坏[J].东北大学学报：自然科学版，2007，(1):125-128.[6] 王策，沈世钊.单层球面网壳结构动力稳定分析[J].土木工程学报，2000，(6):17-24.[7] 郑志英.联方型单层球面网壳结构地震作用下的动力稳定性研究[D].北京：北京工业大学，2008.[8] KATO S, NAKAZAWA S. Seismic design method to reduce the responses of single layer reticular domes by means of yielding of substructure under severe earthquake motions[C]. MIASS Symposium 2001， Nagoya, 2001：178-180.[9] MURATA M, HIRATA M. Nonlinear dynamic analysis system for large-scale space frame structures under multiple loadings[C]. MIASS Symposium 2001， Nagoya, 2001:176-177.[10] KATO S, SHOUMURA M, MUKAJYAMA M. Study on dynamic behavior and collapse acceleration of single layer reticular domes subjected to horizontal and vertical earthquake motions[J]. Journal of Structural and Construction Engineering, 1995,477:89-96.[11] 中国建筑科学研究院.GB50011-2010.建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.[12] 中国建筑科学研究院.GB50009-2012.建筑结构荷载规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2012.。

单层球面网壳结构的弹塑性稳定分析摘要：考虑结构的几何非线性和材料的弹塑性，对一个K6型单层球面网壳进行稳定性分析。

通过对比分析发现，此结构的弹塑性稳定承载力约为其弹性稳定承载力的50％，材料的弹塑性对不对称荷载作用下的稳定承载力的影响更显著。

关键词：单层球面网壳；弹塑性；稳定性；极限承载力网壳结构的稳定性是单层网壳分析设计中的一个关键问题，单层网壳和厚度较小的双层网壳都存在失稳的可能性。

研究表明[1]，影响网壳结构稳定性的主要因素包括：非线性效应；初始缺陷；曲面形状；结构刚度；节点刚度；荷载分布；边界条件。

因此，网壳规程第4.3.4条规定，通过网壳结构的几何非线性全过程分析、并考虑初始缺陷、不利荷载分布等影响而求得的第一个临界点处的荷载值，作为该网壳的极限稳定承载力。

通过规定网壳结构的极限稳定承载力与实际荷载之比大于安全系数K来保证结构的整体稳定性。

由于网壳是一种缺陷敏感性结构，初始缺陷将明显地降低网壳的临界荷载。

许多试验和理论分析也证实结构的几何偏差会降低临界荷载的30％－40％[2]。

因此，网壳规程规定了稳定安全系数K可取为5，该系数是一经验系数，确定时考虑到以下因素：荷载等外部作用和结构抗力的不确定性可能带来的不利影响；计算中未考虑材料弹塑性可能带来的不利影响；结构工作条件中的其他不利因素。

我国网壳规程把材料弹塑性的影响放在安全系数K中考虑，而K依据经验来确定，无法真实地考虑材料弹塑性。

本文利用大型通用有限元软件ANSYS对单层网壳结构进行双重非线性分析，得到了较为精确地网壳结构极限承载力。

工程实例问题描述。

一个K6型施威德勒型球面网壳，球面半径36m，底平面跨度50m，失高10.1m。

网壳结构的所有杆件均采用的Q235钢管，周边铰支。

分析参数。

本文的有限元分析采用ANSYS软件中的BEAM189单元。

BEAM189单元为3结点二次梁元，基于Timoshenko梁元理论，该梁元在非线性分析中能考虑大变形、大转角和大应变效应。

异形单层网壳结构的整体稳定性研究及关键节点分析
马宏伟;徐健聪;吴文斌;莫振忠
【期刊名称】《西安建筑科技大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2024(56)1
【摘要】单层网壳结构属于缺陷敏感结构,整体稳定问题是结构设计的关键.单层网壳结构可以采用空间相贯节点,有必要对节点进行三维实体有限元分析,在此基础上研究节点的力学性能.本文总结了单层网壳结构整体稳定分析的方法,归纳了空间相贯节点三维实体有限元分析方法;针对异形单层网壳结构,研究了结构的静力性能、结构网格与建筑形状对结构承载能力的影响,确定了结构的弹性稳定承载力和弹塑性稳定承载力;对空间相贯节点进行了有限元分析,得到节点处应力的分布情况,并研究了节点隐蔽部位有无焊缝对节点力学性能的影响.结果表明:异形单层网壳的曲率变化和结构网格对关键部位处杆件受力影响较大;稳定承载力对单层网壳结构起控制作用,对此异形单层网壳进行弹塑性稳定分析,结构安全系数达到24;隐蔽部位焊缝对节点承载力的影响较大,设置隐蔽部位焊缝后,节点处各杆件的最大应力可减小20%以上.
【总页数】10页(P47-56)
【作者】马宏伟;徐健聪;吴文斌;莫振忠
【作者单位】华南理工大学土木与交通学院;广东廷旭建筑工程有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TU392.3
【相关文献】
1.世博轴阳光谷单层异形钢结构网壳节点制作工艺研究
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4.世博轴单层异形钢结构网壳节点制作工艺的研究
5.异形单层网壳结构体系优化与整体稳定性研究
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单层网壳稳定性分析
张涛;蔡一栋;李洋
【期刊名称】《中国建筑金属结构》
【年(卷),期】2024(23)1
【摘要】为了科学评估单层网壳整体稳定性能,提升单层网壳结构设计水平,本文通过文献研究,总结、归纳出单层网壳稳定极限承载力求解路径,求解了三向网格型单
层网壳案例在不同雪荷载工况下整体极限承载力系数值,通过数值分析,提出了该案
例整体极限承载力值对雪荷载不同分布形式不敏感的观点,得出了针对跨度小且形
状规则的单层网壳,可作几何非线性全过程稳定性分析,采用塑性折减系数法对几何、材料非线性阶段极限承载力进行评估的结论。

【总页数】4页(P78-81)
【作者】张涛;蔡一栋;李洋
【作者单位】北京润置商业运营管理有限公司;上海熙玛工程顾问有限公司;中国建
筑金属结构协会
【正文语种】中文
【中图分类】TU311.2
【相关文献】
1.单层柱面网壳动力稳定性评估的阶跃推覆分析方法
2.一种新型单层球面网壳的稳定性分析
3.考虑节点域轴向滑移刚度的K6型单层球面木网壳稳定性分析
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向网格型单层柱面网壳稳定性及可靠度分析5.单层网壳结构稳定性研究及可靠度分析
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