板锥柱面网壳的静力特性影响因素分析.pdf

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1、第26卷第3期宁波工程学院学报V01．26No．32014年9月JOURNALOFNINGBOUNIVERSITYOFTECHNOLOGYSep．2014DOI：10．3969~．issn．1008-7109．2014．03．007板锥柱面网壳的静力特性影响因素分析王凡(宁波工程学院，浙江宁波315016)摘要：板锥网壳结构是一种受力性能合理的新型空间结构形式。采用组合结构有限元法对板锥柱面网壳的静力特性影响因素进行了详尽的分析，着重研究了结构形式、几何参数和边界条件对板锥柱面网壳静力特性的影响。分析结果表明，形式不同的板锥柱面网壳，结

2、构的变形规律及内力分布规律相去甚远，对于同一型式的板锥柱面网壳，仍因其几何外形．尤其是矢跨比的不同有不同的结构反应。板锥柱面网壳是边界条件敏感型结构，边界约束条件的细微变化将有可能使结构产生相当大的变化。因此，了解影响板锥网壳结构静力特性的因素是十分重要的。关键词：板锥柱面网克；影响因素；结构形式；几何参数；边界条件中图分类号：TU356文献标识码：A文章编号：1008—7109(2014)03—0033—05引言板锥网壳结构是根据国外一些相关的工程实例，在Kaiser铝质应力蒙皮穹顶的基础上通过创新发展而提出的一种新型空间结构形式。板

3、锥网壳结构型式多样，可采用各种形式的双层网壳结构的曲面形状和网格划分．锥体单元可以是三角锥单元，也可以是四角锥单元或者六角锥单元，可以正放，也可以倒放。锥体单元板片可采用铝合金板、压型钢板，也可采用钢纤维增强复合板、钢丝网水泥板、GRP板、GRC板等各种轻质板材和复合材料板材。板锥网壳结构将常规双层网壳结构的腹杆以板锥单元取代，是一种半连续化、半格构化的新型空间结构，同时也是一种特殊形式的应力蒙皮结构。国外对应力蒙皮网壳结构和折板结构进行了广泛的研究，但对板锥网壳结构类似的结构研究很少．且往往集中在结构形式和连接构造的探讨以及结构的推广

4、应用等方面，对结构的受力分析研究更少。R．C．Gilkie引用近似等代杆法及拟匀质拱法对类似六角锥型板锥柱面网壳的结构进行了分析I1]，上述两类分析方法都运用了近似等代的途径，与结构的真实构成形式相差很大，具有较大的误差，并且等效面积和等代刚度的确定也极其困难和复杂。N．Subramanian在“PrincipleofSpaceStructure”一书中对板锥穹顶网壳类似结构的形式和构造略有描述[2]，z．S．Makowski在“Analysis，DesignandConstructionofBracedDomes”一书中对Kaiser

5、铝穹顶及Temcor铝穹顶的一些工程实例进行了介绍[3]，而对其受力特性则缺乏研究。在国内。文献I4]]采用组合结构有限元法对板锥网壳结构进行了线弹性静力特性分析，但对其静力特性的影响因素缺乏研究。影响板锥柱面网壳结构静力性状的因素很多，主要有：结构的几何外形和拓朴型式，锥体单元的连接方式。三角形板件的材料，荷载类型及边界条件等。了解影响结构静力性状的因素从某种意义上说与了解结构的静力性状一样重要。本文采用组合结构有限元法对板锥柱面网壳的静力特性影响因素进行详尽的分析，上下弦杆取为空间杆单元，板片取为具内节点的三角形板单元，主要研究结构

6、形式，结构收稿日期：2014—02—26作者简介：王凡，女，宁波工程学院建筑工程学院讲师。基金项目：浙江省科技计划项目(项目编号：2007R10025)；宁波市自然科学基金(项目编号：200901A6005O82)。王凡：板锥柱面网壳的静力特性影响因素分析352．1矢跨比F／S的影响本文对三种不同矢跨比(F／S=1／3、F／S=I／6、F／S=I／10)的四角锥板锥柱面筒壳进行计算，以研究矢跨比F／S对板锥柱面网壳静力性能的影响。矢跨比F／S很大时，拱脚附近局部区域内结构将发生弯曲；当矢跨比F／S较小时，结构类似于平板网架，跨中节点挠度

7、很大；当矢跨比F／S等于1／6时，节点挠度变化平缓且极具规律。随着矢跨比F／S的变化，板锥柱面筒壳上弦杆件内力分布的不均匀度变化很大，当F／S很小时，结构主要呈梁的作用，跨中弯矩很大，杆件轴向力分布的不均匀度及最大轴力均很大，最大轴向压力为一182．69kN，相反F／S当很大时，如接近半圆，各杆件的轴力值普遍较小，且拱轴方向的弦杆在边缘附近出现拉力，最大轴向压力仅为一86．62kN，轴力分布的不均匀度仍较大；当F／S等于1／6时，结构类似于理想拱，拱轴方向的弦杆都承受压力，杆件轴力及轴力分布的不均匀度均较适中，最大轴向压力为一107．5

8、3kN。矢跨比F／S对板件内力的影响也具有类似的规律，随着矢跨比F／S的增大，板件内力相应减小，F／S=I／10时，最大的板件压力为一125．77kN／m；F／S=I／6时，最大板件压力为一92．07kN／