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第九届全国现代结构工程学术研讨会
90m跨度施威德勒型网壳的动力
弹塑性分析
王秀丽 白生学
(兰州理工大学土木工程学院,兰州730050)
提要:本文以90m跨的施威德勒网壳为研究目标,对比在考虑初始缺陷后不同矢跨比网壳的非线性屈曲分析,输入三向
的TAFT地震波进行模拟,对理想网壳结构和考虑初始缺陷的网壳结构进行了全过程动力时程分析,给出节点位移
和杆件力的变化规律,最后得出不同参数和初始缺陷对大跨度网壳动力性能的影响。
关键词:施威德勒单层网壳,强震作用,动力弹塑性分析,初始缺陷
-‘t.-J一
一、刖舌
作为大跨度空间结构的一种——空间网壳结构以其构形丰富、造型优美、强度高、自重轻、造价低、
受力合理等优点深受广大建筑设计师的青睐,大跨度网壳结构便迅速发展起来。但是,同其它结构不同,单层
网壳结构的稳定性是其设计的决定因素。对于这类结构在静力作用下的稳定性问题已经得到较好的解决。
然而,对这类结构在地震等动力作用下稳定性问题的研究仍处于起步阶段。目前,单层网壳结构一般按满足
静力稳定要求来设计,很少有人探求其动力稳定问题,尤其是针对大跨度单层球面网壳的动力强度破坏和失
效机理方面的研究,因此对于大跨度网壳结构动力性能的研究还是十分必要。本文采用90m跨度的施威德
勒网
壳结构进行在强震作用下的动力全过程分析,采用有限元计算软件ANSYS对算例进行深入分析,寻找不
同结构破坏模式的形成机理;对结构进行参数分析,考察网壳结构动力性能的影响因素。
二、计算方案的确定
本文选用的结构模型为一跨度为90m的施威德勒型单层球面网壳。采用通用有限元分析软件ANSYS
188单元),计算分析中考虑梁单元的大变形、大转角;阻尼假定为
进行数值计算,杆件采用梁单元faeam
采用三向不动铰支座;均布质量为200kg/m2,集中作用于节点上;考虑网壳初始静载,荷载采用加速度的方式
施加。网壳结构周围的支承节点采用三向不动铰支座的方式与下部结构连接。地震波选取Taft_.=维地震作
用,加速度记录单位标准化为1gal,取地震波持时18s进行时程分析。
结构非线性屈曲分析
结构的荷载一位移曲线能够直观,全面地体现结构的稳定性能,图2给出了90m跨度,矢跨比为l/5的
单层网壳在均布荷载作用下的弹塑性全过程分析,结构进行了初始几何缺陷影响分析,利用网壳结构的特征
值屈曲模态,即网壳结构的最低阶失稳模态来模拟结构的初始缺陷分布,在均布荷载作用下,当初始缺陷为
L/500时,从图2中可以看到,由于施加的荷载并没有达到其非线性知稳的极限荷载,虽然考虑初始缺陷的网
壳还处于线弹性工作阶段,但和理想壳相比,可以很明显的看到初始缺陷对结构承载力的影响。
398 工业建筑2009增刊
第九届全国现代结构工程学术研讨会
图1计算模型圈
1嚣”8等”6等”4嚣”2嚣”。。:51
围2位移一载荷曲线
四、地震作用下单层球面网壳结构的弹塑性分析
在对该单层球面网壳结构进行地震反应分析时.输入了三向的TAFT地震被对90Ⅲ跨度的旆威德勒单层
网壳结构进行全过程动力分析.结构模型为理想阿壳结构和考虑初始缺陷的阿壳结构。通过aI]sys分析,
表1列出]'三向TAFT地震波作用下有初始映陪与无初始缺陷的不同矢跨比单层球面网壳几个节点的屉太位
移,同时绘出各节点最大竖向位移曲线.如图3示。从表中节点位移可知,节点最大位移随着矢跨比的增
大而减小,初始缺陷对节点位移的影响也是明显的。
表l 三向T^FT波作用下节点量大位移位(单位:m)
不考虑初始缺陷
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In建筑2呻9增刊
第九届全国现代结构
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