单层网壳整体稳定性分析

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单层球面网壳整体稳定分析目录

1 题目.......................................................................................................................................1 2 验算依据..............................................................................................................................1 3 计算简图..............................................................................................................................2 4 荷载信息..............................................................................................................................2 5 ANSYS有限元分析............................................................................................................3 5.1 结构线性整体稳定..................................................................................................3 5.2 完善结构几何非线性整体稳定.............................................................................5 2.1 带缺陷结构大位移几何非线性整体稳定.............................................................7 2.2 带缺陷结构大位移弹塑性非线性整体稳定......................................................10 6 稳定性系数和性态进行分析、比较..............................................................................13 6.1 极限承载力分析....................................................................................................13 6.2 初始缺陷分析........................................................................................................14 6.3 带初始缺陷的大位移弹塑性分析.......................................................................15 附录本文采用的ANSYS有限元分析命令流.................................................................16

- 1 - 单层球面网壳整体稳定分析 1 题目单层球面网壳，跨度40m，矢跨比f／L=1／5，网格环向分6份。杆件材料：Q235，截面均取圆钢管Φ114.0X4.0，网壳节点刚接，周边边界点为支座节点，且为固定铰支座。结构网格形式采用联方型网壳满跨均布恒载(q)：结构自重(杆件部分)+屋面(0.3kN/m2) 半跨均布活载(p)：p =0.5q

整体稳定计算内容结构线性整体稳定—给出整体失稳稳定系数值(20)和模态(6)；完善结构几何非线性整体稳定—给出荷载-位移曲线；带缺陷结构大位移几何非线性整体稳定—给出荷载-位移曲线；带缺陷结构大位移弹塑性非线性整体稳定—给出荷载-位移曲线；对各种稳定性系数和性态进行分析、比较，说明特点。为了便于比较，取各网壳最高点的λ－w曲线作为比较的对象。

2 验算依据主要计算根据是： 1）罗老师提供的数据文件和资料，以及草图等。 2）我国现行有关规范、规程，主要包括：《建筑结构荷载规范》（GBJ50009-2001）《建筑抗震设计规范》（GBJ50011-2001）《钢结构设计规范》（GBJ50017-2003）《网架与网壳技术规程》（JGJ61-2003）《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ81-2002）《钢结构工程施工及验收规范》（GB50205-2001）

本次验算采用了通用有限元软件Ansys进行计算。

- 1 - 单层球面网壳整体稳定分析 3 计算简图

JAN 5 200722:18:19

E-N

则分散到每个节点上的力为 1.4x3.14x20x20/2x0.43/61=6.20 kN/m2 计算简图 4 荷载信息

1) 恒载 (1) 屋面 0.30kN/m2 (2) 自重（包括表面覆盖） 0.55 kN/m2 分项系数：1.2 则分散到每个节点上的力为 1.2x3.14x20x20x(0.3+0.55)/109=11.8 kN/m2

2) 活载 (1) 取恒载一半 0.43 kN/m2 分项系数：1.4 只加半跨

- 2 - 单层球面网壳整体稳定分析 1

JAN 5 200722:28:25

E-N

加载图 5 ANSYS有限元分析 5.1 结构线性整体稳定 ANSYS分析结果前20阶稳定系数如下： ***** INDEX OF DATA SETS ON RESULTS FILE ***** SET TIME/FREQ LOAD STEP SUBSTEP CUMULATIVE 1 0.52381 1 1 1 2 0.52455 1 2 2 3 0.69295 1 3 3 4 0.71452 1 4 4 5 0.81106 1 5 5 6 0.84886 1 6 6 7 1.0803 1 7 7 8 1.1275 1 8 8 9 1.1316 1 9 9 10 1.1498 1 10 10

- 3 - 单层球面网壳整体稳定分析 11 1.2856 1 11 11 12 1.3440 1 12 12 13 1.4580 1 13 13 14 1.5013 1 14 14 15 1.5428 1 15 15 16 1.6217 1 16 16 17 1.6677 1 17 17 18 1.7336 1 18 18 19 1.7860 1 19 19 20 1.9184 1 20 20

其中前六阶失稳模态如下： 1 JAN 5 200722:43:27DISPLACEMENTSTEP=1SUB =1FREQ=.523812DMX =1.205 1

第1阶失稳模态第2阶失稳模态 1 JAN 5 200722:44:37DISPLACEMENTSTEP=1SUB =3FREQ=.692953DMX =1.261 1

JAN 5 200722:44:44

DISPLACEMENT

STEP=1SUB =4FREQ=.714522DMX =1.186

第3阶失稳模态第4阶失稳模态

- 4 - 单层球面网壳整体稳定分析 1 JAN 5 200722:44:58DISPLACEMENTSTEP=1SUB =5FREQ=.811063DMX =1.305 1

JAN 5 200722:45:05

DISPLACEMENT

STEP=1SUB =6FREQ=.84886DMX =1.01

第5阶失稳模态第6阶失稳模态 5.2 完善结构几何非线性整体稳定 (1) 我们仍然假定顶点产生1000mm的位移时，结构达到承载力极限。此时TIME=0.290281

JAN 5 200723:03:12

DISPLACEMENT

STEP=1SUB =26TIME=.290281DMX =4096

结构变形图 (2) 位移：

- 5 - 单层球面网壳整体稳定分析 1

MNMX

0176.392352.784529.176705.568881.961058123514111588

JAN 5 200722:57:40

NODAL SOLUTION

STEP=1SUB =26TIME=.290281UX (AVG)RSYS=0DMX =4096SMX =1588

X方向位移图 1

MNMX

-342.152-266.116-190.079-114.043-38.00638.03114.066190.103266.139342.175

JAN 5 200722:57:54

NODAL SOLUTION

STEP=1SUB =26TIME=.290281UY (AVG)RSYS=0DMX =4096SMN =-342.152SMX =342.175

Y方向位移图 - 6 -

大型储罐罐顶网壳的稳定性分析比较

结构的最低阶屈曲模态作为初始缺陷分布模态，
在此项前提下进行全过程分析得出的第一个临界点处的荷载值作为网壳的极限承载力，承载力此不小于结构荷载标准组合的５倍。
根据对若干制造承包商的网壳计算书审查，
发现大多设计仅做了强度和刚度的验算（仅按或早期的手算近似公式验算整体稳定）而未进行，
图ｌ扇形＋葵花形混合型网壳
《规程》规定的必要的、正规的整体稳定性验算，且对应于《规程》定的若干构造措施也多项超标，规以致工程中存在很多隐患，造成严重的工程事故。
始几何状态下建立平衡条件。当所分析的结构在荷载作用下产生的变形很大，应考虑这些变形就可能产生的影响，分析结构的平衡时应当依照在变形后的结构几何来考虑。从受力的角度分析，一般受弯构件是不必考虑轴向力效应的，但对于大变形的构件这个次弯矩是不容忽略的。上述的几何和轴向力效应在网
摘要：化行业的大型圆筒形储罐罐顶经常采用单层网壳作为支撑结构，据目前已建工程的资料，石根此类钢网壳的最大直径已达到６１０ｎ。文章根据现行规范利用ＡＢ＿ＡＵＱｓ软件，三种常用规格的扇形＋葵对

大跨度网壳结构的稳定性分析

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。

单层网壳结构稳定性分析

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，过分析单层球面网壳的栽荷一移曲线，单层球面网壳的失稳形态和稳定性能进行了研究，影响通位对对
ＳａｉｉｙＡｎｌｓｓｏｆＳｎｇｅＬａｅｔｉｅＳｌｔｂｌｔａｙｉｉｌｙｒＬａｔｃｈｅｌ
ＺＨＯＵｉＦｅ，ＷＡＮｈｕｑＳｉ
（．ｕｎｄｎａｊｏＢｉｉｇＤｓｎＩｓｉｔ，ａｇｈｕ５０３，ｈｎ；．ｕｎｚｏｎｕｕｄｎｉ１ＧａｇｏｇＧｏｉｕｄｅｉｎｔｕｅＧｕｎｚｏ１６１Ｃｉａ２ＧａｇｈｕＨａｈａＢｉｉｌｇａｌｎｇｔｌｇ￣ｓｎｌｓｉｔ，ｕｎｚｏ１６０Ｃｉ）ｎｉｔｅＧａｇｈｕ５０３，ｈｎｔｕａ
设计等一系列课题成为空间网壳结构研究的主要趋
势。
移，具体讲有３种：能量的角度，从失稳是储存在结构中的应变能发生转换，网壳失稳时部分薄膜应变能向弯曲应变能转变；力素的性质方面，从失稳是结
Ｔｈａｅｄｌａｄｒｓｌｅｉｓｎｌ— ｙｒｓｈｒａｌｔｉｈｌａｌｒｅｓａｅｃｒｅｔｆｉｌｍｅｔａａｙｉｌｐｏｒｍ．ｅｐｐｒｍｏｅｓｎｅｏｖｓｔｍｉｇｅｌｅｐｅｉｌａｔｅｓｅｌａｇ－ｃｌｕｒｎｉｔｅｅｎｎｌｔｃｒｇａａｃｃｎｅａＴｈｎｔｂｅｓａｅａｄｔｅｓａｉｔｆｈｉｇｅｌｙｒｓｈｒａｌｔｉｈｌｈｓｂｅｕｌｅｅｒｈｄｂｎｌｚｎｈａ — ｅｕｓａｌｔｔｎｈｔｂｌｙｏｅｓｎｌ－ｅｐｅｉｌａｔｅｓｅｌａｅｎｆｌｒｓａｃｅｙａａｙｉｇｔｅｌｄ— ｉｔａｃｃｙｏｄｓｌｃｍｅｔｃｒｅｏｉｌ－ａｅｐｅｉｌａｔｃｈｌｉａｅｎｕｖｆｎｅｌｙｒｈｒａｔｉｅｓｅ１ｐｓｇｓｃｌ．Ｍａｙｓａｌｆｃｏｓｈｖｎｆｅｃｎｔｅｓｎｌ－ｙｒｐｅｉｌａ — ｎｔｂｅａｔｒａｉｇｉｌｎｅｏｈｉｇｅｌｅｈｒａｌｔｎｕａｓｃｉｈｌｈｖｅｎａａｙｅｎｏｃｕｅｒｅｓｅｌａｅｂｅｎｌｚｄａｄｃｎｌｄｄ．Ｓｖｒｌｉｔｂｅｆｃｏｓｗｈｃａｅｉｆｕｎｅｏｉｇｅｌｙｒｓｈｒａｌｔｅｃｅｅａｎｓａｌａｔｒｉｈｈｖｎｌｅｃｎｓｎｌａｅｐｅｉｌａｉｍａ－ｃｔｃｓｅｌａｅｂｅｏｎｅ．ｈｌｈｖｅｎｐｉｔｄ

网壳结构稳定基本理论—052

7、荷载分布、雪荷载、风荷载——非对称荷载，十分不利非对称荷载，雪荷载、风荷载非对称荷载 8、边界条件、影响稳定承载能力和失稳模态点支承——周边支承点构稳定性分析的有限单元法
9.3.1 单元刚度矩阵的精确化两类 1、空间杆单元的切线刚度矩阵、切线刚度矩阵——荷载增量与位移增量的对应关系切线刚度矩阵荷载增量与位移增量的对应关系能量法缺陷：位移二次以上项忽略；能量法缺陷：位移二次以上项忽略；坐标系转换基于小位移假设
第9章网壳结构的稳定性分析章 9.1.1 基本概念
1、失稳现象、几何失稳——几何可变几何失稳几何可变约束失稳——刚体位移约束失稳刚体位移变形失稳——大变位或位移跳跃变形失稳大变位或位移跳跃 2、屈曲类型、极值点屈曲分枝点屈曲
3、初始缺陷敏感性、
经典试验：经典试验：均匀轴压钢圆柱壳体试验屈曲荷载为经典解的30%，离散性大。试验屈曲荷载为经典解的，离散性大。根本原因：初始几何缺陷（根本原因：初始几何缺陷（会使分枝屈曲转化为极值屈曲） 9.1.2 网壳结构的失稳模态失稳模态：失稳模态：失稳后因大变形而形成的新的几何形状影响因素：网壳类型、几何形状、荷载条件、边界条件、影响因素：网壳类型、几何形状、荷载条件、边界条件、节点刚度
耦合失稳：不同失稳模态间的相互作用严重耦合失稳：不同失稳模态间的相互作用严重——点失稳点失稳或整体失稳的临界荷载远大于单根杆件，倍或整体失稳的临界荷载远大于单根杆件，4-5倍） 9.1.3 网壳结构稳定性分析的计算模型拟壳法：等代为连续薄壳，拟壳法：等代为连续薄壳，连续薄壳稳定分析的经典方法局限性：、关键在于等代——特定形式、特定拓扑特定形式、局限性：1、关键在于等代特定形式的网壳才能合理确定等代刚度 2、等厚度的等代薄壳难以准确反映实际网壳、不同杆件的具体情况

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