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凯威特型弦支穹顶静力弹塑性稳定性分析及塑性开展机理研究

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第1章 绪论

1.1空间结构概述及弦支穹顶结构的产生

1.2 弦支穹顶结构的组成和分类

1.3 弦支穹顶结构的特点

1.4 弦支穹顶结构的研究现状及工程应用

1.5 目前研究的不足

第2章 稳定理论及非线性有限单元法

2.1 结构的稳定和失稳理论

2.2 非线性有限元理论

2.3非线性方程的求解方法

2.4全过程路径跟踪方法及迭代策略

2.5本章小结

第3章 弦支穹顶结构线性屈曲分析

3.1 引言

3.2 计算模型及建模方法的验证

3.3特征值屈曲分析概述

3.4 预应力钢结构的特征值屈曲分析应当注意的问题

3.5 弦支穹顶结构特征值屈曲参数分析

3.6 本章小结

第4章 弦支穹顶结构的弹塑性稳定性分析

4.1 引言

4.2 弦支穹顶结构弹塑性稳定性参数分析

4.3 本章小结

第5章 静力荷载作用下弦支穹顶结构塑性开展机理

5.1 引言

5.2 弦支穹顶结构塑性开展机理

5.3 参数变化对塑性开展的影响

5.4 塑性折减系数Cp

5.5 本章小结

第6章 结论和展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

附录 硕士研究生阶段发表论文

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摘要

弦支穹顶结构由日本法政大学的川口卫教授(M.Kawaguchi)于上世纪九十年代首先提出。该结构由上部网壳和下部索撑体系构成,结合了网壳结构和索穹顶、张拉整体结构的优点,又弥补了它们的不足,是将空间结构推向超大跨度的有效途径之一,具有广阔的发展前景。
  本文介绍了弦支穹顶结构的研究背景、组成和分类;相比索穹顶、网壳结构的优势和特点;总结目前的研究现状及工程应用情况。详细介绍本文数值分析中所用的非线性有限单元法、非线性方程的求解方法以及稳定分析中所使用的荷载-位移全过程分析方法和全过程平衡路径跟踪技术。
  利用通用有限元软件 ANSYS对弦支穹顶结构进行建模,并验证本文建模方法的正确性。对凯威特型弦支穹顶结构进行特征值屈曲分析,通过大量的参数分析,总结矢跨比,预应力水平,撑杆高度对其线性稳定性能的影响。
  利用考虑双重非线性的荷载-位移全过程分析方法,系统分析凯威特型弦支穹顶结构的弹塑性稳定性性能。使用完全Newton-Raphson迭代法和弧长法相结合的策略对结构进行全过程平衡路径的跟踪,得到荷载-位移全过程曲线。从非线性失稳模态、弹塑性极限承载力的宏观角度分析其弹塑性稳定性能,并与其对应的单层网壳进行弹塑性稳定性的对比分析。重点考虑了矢跨比、撑杆高度、预应力水平、活荷载不对称布置、初始缺陷等参数对其弹塑性稳定性能的影响。
  从凯威特型弦支穹顶结构的塑性开展广度和深度的宏、微观指标考察其弹塑性稳定性性能,总结了其在静力荷载作用下的塑性开展机理,并与其对应的单层网壳进行对比分析,总结塑性开展机理的不同和优势。分析了参数变化对其塑性开展的影响规律。
  评估了材料非线性对凯威特型弦支穹顶结构极限承载力的影响。通过对本文260例计算模型的统计分析,提出了本文建议的矢跨比在1/8至1/4范围内凯威特型弦支穹顶结构的塑性折减系数代表值Cp=0.471,用以评估材料非线性对结构承载力的影响,进而建议对于凯威特型弦支穹顶进行弹性全过程分析时,安全系数K可取4.18。为此类结构的工程设计及安全适用提供了依据。

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