网壳结构方面论文范文集,与昆山花桥梦世界飞天影院单层球面网壳结构整体稳定性相关论文摘要怎么写

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摘 要：对于球形单层网壳结构进行考虑初始缺陷的几何非线性的有限元分析即荷载-位移全过程分析.

Abstract：Thisarticlecarriesongeometricnonlinearfiniteelementanalysisi.e.load-deflectionpleteprocessanalysissforthephericalsingle-layerreticulatedshellstructure.

关 键 词：大跨度空间钢结构,单层球面网壳,初始缺陷,整体稳定性分析

Keywords：large-spanspatialsteelstructure,single-layersphericalreticulatedshell,initialimperfection,globalstabilityanalysis

1工程概况

本项目位于苏省昆山市花桥镇,抗震设防烈度7度,设计基本地震加速度为0.10g,设计地震分组为第一组,III类场地.

根据建筑设计方案,飞天影院结构主体采用混凝土框架结构形式,外部采用单层球面网壳结构屋盖.该屋盖由钢管钢结构构件旋转焊接构成空间大跨度屋盖,钢结构屋盖与影院主体混凝土部分脱开,仅在下部基础部分相连.网壳结构最大处直径约52m,底部直径约为37m.屋盖结构整体为轴向对称,四个方向对称布置入口,底部开设门洞处局部钢构件遇门洞时截断,其余部分为均匀布置.球体顶部开设洞口用于通风排烟,顶部洞口直径约为8m,建筑物最高处约44m.该工程建筑安全等级为一级,设计使用年限为50年,地基基础设计等级为乙级,无人防设计.本项目单层球面网壳屋盖属于大跨度空间钢结构,根据建筑方案公司对网壳外形和杆件的特定要求,本文对影院的网壳屋盖进行整体稳定性分析.

2屋盖结构体系

本项目屋盖为单层网壳结构,形状为似球壳体,杆件以建筑花纹样式空间曲线交叉编织而成,为非正交交叉梁结构体系,每个交点上各杆件均以不同角度相交,但整个梁系相对于几何中心是对称的.

在屋盖顶部、中部及底部均设有环梁.

由于单层网壳是刚接杆件体系,杆间必须采用刚性节点.

3分析软件、模型及方法

3.1分析软件结构分析目前主要应用Midas软件,并采用第二种软件SAP2000进行独立检查复核,另外还采用了第三种同济大学独立开发的3D3SV11.0钢结构―空间结构设计软件进行分析复核.

3.2构件规格钢管截面由顶部的300×14,过度至400×26,下部为500×28,底部开设门洞口处加强为500×32.

3.3整体稳定分析方法单层网壳容易发生整体失稳,即整个结构都出现偏离平衡位置而发生很大几何变位的一种失稳现象.

按规范要求进行考虑初始缺陷的几何非线性的有限元分析即荷载-位移全过程分析.

初始缺陷最大计算值取为网壳跨度的1/300,分析中假定材料保持为线弹性,并以结构的最低阶屈曲模态为初始缺陷分布模态进行计算.计算所得整体稳定系数需大于4.2.具体分析过程如下：

第一步：完善结构进行线弹性整体稳定分析,得到第一阶屈曲模态,

第二步A

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第三步：采用第二步得到的非完善结构,进行全过程非线性极限承载力分析,得到有初始缺陷的结构极限承载力及结构整体稳定系数,

第四步：对常见荷载的各种不利组合进行以上分析,找出最不利荷载工况并与规范限制进行比较,如有必要对结构作相应调整.

3.4地震作用及截面抗震验算采用振型分解法反应谱分析方法进行小震和大震下的静力分析.对于小震各构件截面抗震承载力调整系数将均取0.80.

大震验算将不取抗震承载力调整系数,材料强度取标准值.

4结构分析计算结果

4.1静力分析结果静力分析包括对所有荷载工况如恒载、活载、雪载、风载、温度作用和地震作用的计算分析,并将结果进行荷载效应组合.

4.2结构位移在正常使用阶段,结构在竖向荷载作用下有不同位移,对于相同作用方向的荷载下具有位移叠加作用,故经过对比判断出结构在恒载+不均匀雪荷载+降温组合作用下（考虑活荷载半跨等不利布置）竖向位移最大,位移均小于规范规定的位移限值（短向跨度的L/400,即130mm）.

5弹性动力分析

5.1振型由于屋盖结构的特殊性,自振频率密集,分析中计算了120阶振型以保证结构分析的安全.其中前3阶振型中根据振型图可以看出振型1、2为以X轴方向为主的水平振动,振型3为以竖向振动为主的壳面外振动.

5.2周期、质量参与系数分别采用Midas、SAP2000与3D3S三种软件对结构进行了动力分析,其第1到第8振型的自振周期如表2所示,可见三种软件计算基本一致.

三种计算软件都采用振型分解反应谱法计算,分别采用120个计算振型数,结构阻尼比为0.02,并得到质量参与系数见表3,三个软件计算结果一致,且质量参与系数均大于90%.

5.3地震作用下位移根据图形分别对于小震以及大震反应谱的位移响应,可见地震作用下水平位移、竖向位移均小于（高度/250,即180mm）,满足规范的要求.5.4地震作用下杆件应力通过对结构进行小震及大震作用下的杆件截面验算,杆件在小震工况作用下组合应力比极值小于0.85,大部分杆件应力都处在0.65以下,杆件在大震作用下组合应力比极值小于1.0,大部分杆件应力比均小于0.9.故杆件在小震下能满足弹性要求,大震工况下杆件也不会产生屈服破坏.

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5.5弹性时程分析的补充验算结果采用Midas软件根据已选的时程波对结构进行了弹性时程分析如表4.

由此可见,上述三条时程曲线作用下的基底剪力都大于反应谱的65%,且平均大于反应谱的80%,满足规范的要求.根据选用的地震波反应计算结果,求得其外包络,然后对结构设计杆件截面进行验算,以达到时程分析包络设计.

6整体稳定分析结果

6.1线弹性屈曲分析线弹性屈曲分析有助于发现屈曲对整体结构稳定性的可能影响.采用了特征值屈曲分析对完善结构（未加初始缺陷）进行分析,以得到各屈曲模态的荷载系数以及对应的屈曲形状.采用Midas进行了一阶线性屈曲分析,分别对工况1：恒载及不均匀雪载、工况2：恒载及单向风荷载局部雪荷载组合、工况3：恒载及全跨活载单向风荷载组合进行分析,得到工况1为最不利情况.工况1各阶屈曲模态与荷载系数如图2-图4及表5所示.

6.2几何非线性屈曲分析在分析了大量不同荷载组合的情况下,得到完整结构的稳定系数.将所得控制工况并对最低阶屈曲模态引入初始缺陷,得到用于整体稳定分析的模型,进行几何非线性极限承载力分析,所得整体稳定系数如下表所示,节点421为最大位移控制点,节点4189、863为关键部位参考点.由曲线可见,整体稳定系数27大于4.2,满足规范要求.

7结束语

对于这种大跨度的单层球面网壳结构,以非线性有限元分析为基础的结构荷载-位移全过程分析可以把结构强度、稳定乃至刚度等性能的整个变化历程表示的十分清楚,因而可以从全局的意义上来研究网壳结构的稳定性问题.作为设计人员,我们在项目的实际设计过程中还需对软件中的各设计参数取值反复琢磨推敲,认真把握,在确保各项设计指标符合规范的前提下兼顾经济性、合理性.

参考文献：

[1]JGJ7-2010,空间网格结构技术规程[S].中华人民共和国行业标准.

[2]GB50011-2010,建筑抗震设计规范[S].中华人民共和国行业标准.

[3]GB50009-2012,建筑结构荷载规范[S].中华人民共和国行业标准.

[4]GB50017-2003,钢结构设计规范[S].中华人民共和国行业标准.

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