非均布雪荷载作用下单层球面网壳的设计和稳定性能研究

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单层网壳结构的稳定性是空间结构研究的重点,大跨度空间网壳失稳往往发生在结构强度破坏之前,因而其设计的决定因素并非由强度确定,而取决于网壳的稳定性能,这使得结构的稳定问题备受关注。而空间结构失稳破坏的实例表明网壳对非均布雪荷载引起的失稳较为敏感。目前,对于网壳结构的稳定性分析已作过不少研究,而非均匀雪荷载作用下单层球面网壳的稳定性研究较少。  本文以凯威特型单层球面网壳作为研究对象,根据有限元理论建立空间网壳结构。运用空间结构分析设计软件MST进行结构设计,再采用ANSYS有限元分析软件对单层网壳结构进行非线性稳定性分析。通过对不同雪荷载分布情况下网壳结构的非线性荷载—位移全过程的分析,较为完整地了解了单层球面网壳结构在不同雪荷载分布下整个加载过程中的刚度以及稳定性的变化历程,并合理确定其稳定承载力。  本文在研究中不仅考虑了雪荷载在网壳投影面上的不同分布,同时考虑了沿网壳径向雪荷载分布的不均匀性。分析结果表明结构半跨最外两环作用非均布雪荷载时,结构的稳定承载力最小。与全跨作用均布雪荷载时的稳定承载力相比,降低了37.3%;与半跨作用均布雪荷载时的稳定承载力相比,降低了21.15%。在雪荷载作用位置相同时,考虑雪荷载沿网壳径向的不均匀分布情况下,结构的稳定承载力均有不同程度的下降,三种情况下下降的百分比分别为29.6%,10.3%以及5.1%。这说明在分析单层网壳结构的静力稳定性能时,不仅要考虑雪荷载在网壳投影平面上的不均匀分布,还要考虑沿结构径向雪荷载的不均匀分布的影响。本文所设计的K8型单层网壳结构,在永久荷载与不同分布的雪荷载组合作用下,其稳定安全系数最小值为5.48,大于结构设计规范所规定的3~5,且设计荷载均小于不同工况下所分析的稳定下临界荷载。说明本文所设计的结构满足规范要求,具有足够的稳定安全性。
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