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摘 要本文针对目前中国规范《空间网格结构技术规程》中提到的网壳的稳定性计算的三种方法进行了比较分析和研究.并且通过对一个实际工程中的单层网壳进行研究,分析和探讨了影响单层网壳稳定性的若干参数,得到了一些有价值的设计经验供参考.

关 键 词单层网壳；整体稳定；非线性屈曲；几何非线性；材料非线性

中图分类号TU356文献标识码A文章编号1673-9671-(2012)072-0092-02

网壳结构虽然有大的跨度,但由于其高跨比小,整体结构在外荷载作用下表现出强烈的大位移非线性效应,在计算分析中必须考虑这种非线性效应.又由于网壳结构的大部分构件呈受压状态,典型的破坏形式是失稳破坏.这种破坏的突发性,使得损失更加严重.网壳结构发生失稳破坏时钢材实际承受的应力水平很低,常常仅为30MPa-40MPa,远未充分发挥钢材的强度优势,这说明网壳结构的稳定研究具有非常重要的意义.

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网壳结构的失稳从几何学原理和能量原理的观点来看,都可以归结为一种转移,是处于高位能的结构由平衡的临界状态向低位能的稳定平衡状态的转移.发生平衡转移的那个瞬间状态,就是临界状态.

1）从变形角度来说,失稳在实际上也可以被认为是一种从弹性变形到几何变形的变形转移.

2）从能量的角度来说,结构失稳就是储存在结构中的应变能形式发生转换.就网壳结构来说,结构失稳时部分薄膜应变能向弯曲应变能转变.

一般单层网壳均应进行整体稳定性计算.根据之前的研究和实际工程经验总结,影响网壳结构稳定性的主要因素有曲面形状、网格密度、荷载分布、边界条件、节点刚度、结构刚度、非线性效应、初始缺陷等.由于篇幅有限,本文主要研究了非线性效应的对网壳整体稳定的影响,非线性效应又可分为几何非线性和材料非线性.

1工程概况

图1网壳结构形式

财富广场商贸城穹顶网壳工程钢结构图纸设计使用年限为50年,建筑安全等级为二级.其主要技术参数为：

1）网壳平面尺寸：D等于46m

2）网壳失高：f等于12m

3）支承方式：周边多点支承

4）网壳总重：56吨

2规范上单层网壳整体稳定性计算方法总结

《空间网格结构技术规程》中关于网壳的整体稳定性计算提供了三种方法,整理如下：

1）用考虑几何非线性的有限元法进行荷载—位移全过程分析,分析中假定材料保持为弹性.对于常见的网壳形式,用此方法进行计算时,安全系数K取4.2.

2）用考虑几何非线性的有限元法进行荷载—位移全过程分析,考虑材料弹塑性.即同时考虑材料非线性和几何非线性.用此方法进行计算时,安全系数K取2.

3）对于某些跨度较小的网壳或对网壳稳定性进行初步计算时按照规范附录E的规定进行计算.

其中,用方法1）2）进行全过程分析采用的迭代方程为：

KtΔU(i)等于Ft+Δt-N

式中：Kt—t时刻结构的切线刚度矩阵；

ΔU(i)—当前位移的迭代增量；

Ft+Δt—t+Δt时刻外部所施加的节点荷载向量；

N—t+