单双层肋环型球面网壳在地震作用下的动力稳定分析

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1、第七届全国现代结构工程学术研讨会单双层肋环型球面网壳在地震作用下的动力稳定分析．黄瑞新1杨洪茁2李爱群“、张洁11．东南大学十木工程学院．江苏南京2100962。华北石油管理局工程建设公司．河北任丘062552摘要，稳定问题是单双层球面网壳结构分析与设计中的一个重要问题。本文对单双层肋环型球面网壳结构在地震作用下的动力稳定性能进行研究。结果表明，不同地震作用下单职层肋环型球面网壳结构的动力稳定临界荷载明显不同，对宴际单双层肋环型球而喇壳结构的动力稳定问题，应该根据其所在场地选用多条地震波分别计算：在今后研究和工程实践当中，我们更应注意较，J、矢跨比单双层肋环型球面网壳结构的动力稳定性

2、能j、关键词：稳定问题，单双层球面网壳，地震作用，动力稳定，动力失稳特点一、引言稳定是网壳结构分析与设计中的一个主要问题。由于理论分析与计算方法上的难度较大，工程上常常较多地注意到其静力稳定性志，而较少注意到其动力稳定性态。与其他工程结构一样，网壳结构也会受到地震、风甚至某种难以预见的冲击等动力荷载及作用，这些荷载及作用在网壳结构中将产生动力效应。在某些情况下，结构或其某些构件可能在静荷载作用下不失稳，但在承受相同幅值的某种动1岢载时可能会失稳，从而降低结构的稳定性甚至引起倒塌。对单双层网壳结构而言，地震作用下其动力稳定性问题足其理论研究和工程实践当中相当关心的问题。目前，单双层肋环

3、型球面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。然而?仅按满足静力稳定要求设计的单双层肋环型球面网壳结构在罕遇地震作用下足否会丧失动力稳定性?地震作用下单双层肋环型球面网壳结构的动力失稳有何特点?以上这些问题到目前为止，还未见学者进行相关研究。本文对单双层肋环型球面网壳结构在地震作用下的动力稳定件进行研究。单双层肋环型球面网壳结构的动力稳定性主要由矢跨比及输入的地震动等诸多因素决定。本文研究了单双层肋环型球面网壳结构在地震作用下的动力失稳特点，分析了以上影响因素对单双层肋环型球面网壳结构动力稳定性能的影响。二、单双层球面网壳结构的动力稳定性基本理论[1]o[】

4、1]单双层网壳结构的动力稳定性是一个非线性动力问题，对于单双层网壳结构的动力稳定性研究仍是现阶段工程应用研究的热点问题。在地震作用下，单双层网壳结构在t时刻的动力方程为【M】{王)+【c】{z)+【K】{≈』_【肘】{习czm其中[M】、【c】、【世】分别为结构的质量矩阵、阻尼矩阵与刚度矩阵：{；】、H、{x)分别为结构的加速度、工业建筑多007增刊第七届全国现代结构工程学术研讨会速度与位移向量；仁】为地面加速度向量·同样，在t+△t时刻的动力方程为其中【M】c仁)+{盛)，+[c(t+△t，】c{寸+{卅)“胃ct·公t)】c{日+{△寸)叫吲+p)，：‘2五’假定在时间增量△t内

5、，【c】、【足】保持为常量，所以动力方程可以表示为增量形式，巾怖+【c】朴吲吣。驯丘】l偿南对于增量形式的动力方程，有线性加速度法、Newmark-p法、wiJson．护法、HHT法等求解方法。文献”“4“”已进行的网壳结构振动台试验表明，NewIm此．芦法能够反映网壳结构振动的实际情况。本文采用Newmark-，法对网壳结构非线性动力增量平衡方程进行求解。有限单元法(FEM)逐渐成为空间结构分析的一个强有力的工具被广泛应用于结构分析，特别是非线性领域。随着计算机技术的飞速发展，有限元分析软件被越来越多地应用到土木工程结构的分析中：本文就是采用由ANSYShc．公司开发的目前应用较广

6、的大型通用有限元分析软件ANsYsvlO．O来实现结构掉例分析的。ANsYS提供了3种方法进行结构瞬态动力分析：完全法(Fullmetllod)、降阶法(R。ducedmethod)及振型叠加法(M0deSuperposi曲nmetllod)。三、算例本文所采用的模型跨度为40Ⅲ、单层区域的大小为35m，其径向杆(肋)划分为等长的八段，沿圆周方向(环向)则为32等分，但最内两环为16等分，使得网壳中央部分己不是典型的肋环体系，这样灵活处理是为了使杆件不致过于密集，但不会影响整个网壳的稳定性能，如图l、图2、图3。支座采用三向固定铰支座．均布质量为200kg／m2，集中作用于节点上：采

7、用通用有限元分析软件ANsYs进行数值计算．节点质量采用MAss2l单元．铰接杆件采用L矾K180．三维有限应变杆(或桁架)单元，刚接杆件采用梁单元Beam188单元，计算分析中考虑梁单元的大变形、大转角，阻尼比取0：材料为Q235B钢，假定为理想弹塑性材料。考虑网壳初始荷载(包括恒荷载和活荷载)，采用集中荷载的方式施加。．7(一)单双层肋环型球面网壳在地震作用下动力失稳的特点在地震过程中，网壳结构往往要受到三向地震的同时作用。故采用空间三向地震动同时作用