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空间网壳结构稳定分析概述发表时间：2016-04-18T14:00:31.153Z 来源：《工程建设标准化》2015年12月供稿作者：徐飞[导读] 河北正元化工工程设计有限公司空间网格结构由于其重量小、抗震性能好、空间性能优、外型美观等特点.（河北正元化工工程设计有限公司，河北，石家庄，050000）【摘要】概述影响网壳稳定的因素，线性屈曲与非线性屈曲的区别及联系。
【关键字】稳定分析内容；非线性稳定；荷载--位移曲线。
1．简述空间网格结构由于其重量小、抗震性能好、空间性能优、外型美观等特点，使其能够很好的满足建设方对功能、造型的要求，广泛应用于机场、体育场馆、高速公路收费站、大型储煤设施等跨度较大的建筑物，由于其充分发挥了材料的强度及外形优势，使其取得了良好的经济效益和社会效益。
由于跨度大，网壳结构在竖向荷载作用下，整体变形较大，荷载与变形之间的行为已经呈现出非线性特征，根据《空间网格结构技术规程》（JGJ 7-2010）[1]规定，单层网壳以及厚度小于跨度 1/50 的双层网壳均应进行稳定性计算。
一般双层网壳均能满足此条件，所以网壳稳定实际上就是单层网壳稳定的问题。
2．稳定状态特点网壳稳定分有约束稳定和变形稳定两种。
约束稳定是由于约束不足引起整体位移或大位移，主要靠支座约束来解决，而目前所讲的网壳稳定为变形稳定问题，即在特定外荷载作用下几何形状的改变。
网壳的稳定性分析分为两类，第一类为理想化分析，即达到某种荷载时，除结构原来的平衡状态外，还可能出现第二个平衡状态，称为平衡分岔失稳或分支点失稳，在数值分析上称为求特征值问题，为线性分析，得到的荷载为屈曲荷载，荷载——位移曲线见图1。
线性屈曲的静力平衡方程可以写成下列形式： [K﹢λKG]{U}＝{P}[K]: 结构的弹性刚度矩阵 [K]: 结构的结合刚度矩阵 {U}: 结构的几何位移向量 {U}: 结构的外力向量 λ：特征值（临界荷载）λ＜λcr :不稳定平衡状态; λ＝λcr :不稳定状态; λ＞λcr : 稳定状态第二类分析表现为结构失稳时，变形迅速增大，而不会出现新的变形形式，即平衡状态不发生质变，称为极值点失稳，为非线性分析，考虑结构几何非线性和材料非线性，此时的荷载称为极限荷载，荷载——位移曲线见图2。
1 题目 (2)1.1 结构参数 (2)1.2 荷载及组合 (2)2 建立网壳模型 (2)3结构线性整体稳定分析 (3)3.1 模型建立 (3)3.2模型分析结果 (3)3.3结果分析 (4)4完善结构大位移几何非线性整体稳定分析 (5)4.1模型建立 (5)4.2 模型分析结果 (6)4.3 结果分析 (6)5带缺陷结构大位移几何非线性整体稳定分析 (6)5.1 缺陷模式及幅值 (6)5.2 模型分析结果 (7)5.3 结果分析 (8)5.4 缺陷敏感性 (9)6带缺陷结构大位移弹塑性整体稳定分析 (9)6.1 模型建立 (9)6.2 模型分析结果 (9)6.3 结果分析 (10)6.4 弹塑性稳定分析的看法 (10)7 结构的整体稳定临界承载力 (11)7.1 三种非线性稳定分析的比较 (11)7.2 稳定临界承载力的确定 (12)8 一杆一单元和一杆两单元的模拟比较 (12)8.1 线性整体稳定比较 (12)8.2 完善结构大位移几何非线性整体稳定比较 (13)8.3 带缺陷结构大位移几何非线性整体稳定比较 (14)8.4 带缺陷结构大位移弹塑性整体稳定比较 (16)8.5 整体稳定临界承载力比较 (17)8.6 总结 (17)1 题目1.1 结构参数单层球面网壳，跨度70m，矢跨比f／L=1／4。
杆件材料Q235B，截面均取圆钢管φ127.0⨯4.0，网壳节点刚接，周边边界点为支座节点，且为固定铰支座。
1.2 荷载及组合满跨均布恒载(q)：结构自重(杆件部分)+屋面(0.3kN/m2)半跨均布活载(p)：p =0.5 kN/m2荷载组合：1.0恒+1.0活2 建立网壳模型采用3D3S建立单层凯威特型球面网壳，网格环向分为14份，径向分为8份，网壳结构简图见图2.1。
图2.1 单层凯威特型球面网壳模型参数以及施加的荷载见第一章节。
3结构线性整体稳定分析将3D3S中建立的网壳模型导入到ANSYS中，得到网壳有限元模型。
球面网壳结构是一种独特的结构形式，它具有轻质、高强度、耐腐蚀、耐疲劳等优点。
在现代建筑、桥梁、航空航天等领域得到了广泛应用。
然而，球面网壳结构也存在一些稳定性问题，特别是在承受外力作用下容易发生失稳破坏。
因此，研究球面网壳结构的稳定性是非常重要的。
一、球面网壳结构的基本概念和分类球面网壳结构是由若干根经纬组成的高强度杆件和节点组成的网状结构，呈球面形状。
根据节点连接方式的不同，球面网壳结构可分为刚性节点球面网壳和铰接节点球面网壳两种。
刚性节点球面网壳是由刚性连接件将若干根经纬杆件连接起来组成的网架结构，具有较高的刚度和强度。
由于刚性连接件的存在，刚性节点球面网壳的计算和设计比较容易。
铰接节点球面网壳是通过铰接节点将若干根经纬杆件连接起来，形成一个柔性的球面网壳结构。
由于节点处的连接件和杆件均为铰接，因此在其承载过程中产生较多的应力变形。
因此，设计铰接节点球面网壳结构的过程较为复杂。
二、球面网壳结构的稳定性分析球面网壳结构的稳定性研究是结构设计和计算的重要内容。
与其他结构相比，球面网壳结构的稳定性分析存在以下特点：1.不规则形状球面网壳结构的形状不规则，因此其受力状态也较为复杂。
在球面网壳结构的设计过程中，需要充分考虑其形状和受力状态，进行合理的分析和设计。
2.不同的节点类型根据节点的不同类型，球面网壳结构分为刚性节点球面网壳和铰接节点球面网壳两种形式。
在分析结构的稳定性时，需要分别考虑刚性节点和铰接节点的情况。
3.多个节点位移相互影响球面网壳结构中的多个节点之间存在位移相互影响的情况。
因此，在分析结构的稳定性时，需要考虑节点位移的影响，确定每个节点的位移方向和大小。
4.复杂的边界条件球面网壳结构的边界条件比较复杂，需要考虑框架的边缘受力状态、球面曲率半径、节点位置等多个因素的影响。
因此，在分析结构的稳定性时，需要考虑各种边界条件的复杂性，并进行相应分析和计算。
三、球面网壳结构的稳定性控制球面网壳结构的稳定性受到许多因素的影响，例如材料的强度、形变能力、边界条件等。
《网壳结构的稳定性》沈世钊著网壳结构的稳定性沈世钊(哈尔滨工业大学哈尔滨150090）摘要：本文通过荷载-位移全过程分析对各种形式网壳结构的稳定性能进行了深入研究。
对复杂结构的全过程分析方法作了探讨，通过所完成的2800余例各式网壳的全过程分析揭示了不同类型网壳结构稳定性能的基本特性，并提出了单层球面网壳、柱面网壳和椭圆抛物面网壳稳定性承载力的实用计算公式。
关键字：网壳结构稳定性全过程分析非线性有限元分析一、概述稳定性分析是网壳结构、尤其是单层网壳结构设计中的关键问题。
国外自70年代以来，国内自80年代中期以来，网壳结构发展异常迅速，其稳定性问题遂成为研究热点领域之一。
结构的稳定性可以从其荷载-位移全过程曲线中得到完整的概念。
传统的线性分析方法是把结构强度和稳定问题分开来考虑的。
事实上，从非线性分析的角度来考察，结构的稳定性问题和强度问题是相互联系在一起的。
结构的荷载-位移全过程曲线可以准确地把结构的强度、稳定性以至于刚度的整个变化历程表示得清清楚楚。
当考察初始缺陷和荷载分布方式等因素对实际网壳结构稳定性能的影响时，也均可从全过程曲线的规律性变化中进行研究。
但以前，当利用计算机对复杂结构体系进行有效的非线性有限元分析尚未能充分实现的时候，要进行网壳结构的全过程分析是十分困难的。
在较长一段时间内，人们不得不求助于连续化理论（"拟壳法"）将网壳转化为连续壳体结构，然后通过某些近似的非线性解析方法来求出壳体结构的稳定性承载力。
例如文献1-3都提出了关于球面网壳稳定性的计算公式。
这种"拟壳法"公式对计算某些特定形式网壳的稳定性承载力起过重要作用。
但这种方法有较大的局限性：连续化壳体的稳定性理论本身并未完善，缺乏统一的理论模式，需要针对不同问题假定可能的失稳形态，并作出相应的近似假设；事实上仅对少数特定的壳体（例如球面壳）才能得出较实用的公式；此外，所讨论的壳体一般是等厚度的和各向同性的，无法反映实际网壳结构的不均匀构造和各向异性的特点。
