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《钢拱壳穹顶结构在集中荷载作用下随厚度变化应力趋势预测》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、2010年3月第26卷笫2期沈阳建筑大学学报（白然科学版）JournalofShenyangJianzhuUniversity（NaturaIScience）Mar.2010VoI.26.No.2收稿日期：2009-09-12基金项目：国家白然科学基金项冃（50471081）；住房和城乡建设部项目（06-K7-3）作者简介：任徳斌（I960）,教授，博士，主耍从事有限元应用研究.文章编号:1671-2021（2010）02-0286-06钢拱壳穹顶结构在集中荷载作用下随厚度变化应力趋势预测任德斌，李楠，杨丽丽，孙妍（沈阳建筑大学土木
2、工程学院，辽宁沈阳110168）摘要：目的研究钢拱壳结构在向心集中力作用下的力学行为.方法引入弹性无矩球壳理论，以及对其实现假设条件的介绍，提出当结构无法满足无矩理论时的特例情况（在有集中力出现）时，分析半球壳结构，在同级荷载作用下，壳体厚度等因素变化对结构内部最大Mises应力的影响程度，并做出对其发展趋势的预测分析.结果随着壳体厚度的增加，球壳结构在同级荷载作用下，最大Mises应力随之减小；球壳结构曲率半径的变化，也会对结构承载力有相当的影响.结论钢拱壳结构的厚度及曲率半径的变化对结构承载力和随之而产生的位移都有较大的影响.通
3、过曲线拟合后可以较为准确预测出结构承载力的发展趋势，为钢拱壳穹顶结构设计者提供设计参考依据.关键词：钢拱壳；无矩理论；Mises应力；曲线拟合；有限元中图分类号：03341;0733文献标志码：A通常情况下，建筑结构多采用混凝土结构、钢架结构或木结构的方法來做穹顶.山于这些做法与穹顶的双曲而外形是相悖的，所以出现层次多、不规范、开裂、漏雨、荷载重、功能差和施工周期＜、浪费造价等弊端.随着工业化、防腐材料和工艺技术的发展，钢拱壳结构穹顶技术被研制成功.它以结构拱壳直接取代主体装饰外型加工成装配式的球血拱壳结构体系，具有形体规范、耐久性
4、强、自重小，结构性能和功能布置优越、安装快捷、节省造价等备受市场欢迎的特点.至今为止，还没有关于这一结构性能的理论研究文献，更没有统一的设计计算标准.目前国内学术界对于该类结构的受力性能以及通过何种方式考虑均有自己不同的看法［1.71•薄壳稳定性分析理论一直随看曲壳结构的H益广泛应用而不断得到发展，同时国内外很多学者也対薄壳稳定性问题的理论研究与实验成果进行了初步的总结和讨论［2］.鉴于穹顶结构的特点及国内外同类结构的研究状况，笔者认为，当满足无矩假定条件时，将拱売结构按照薄売无矩理论述行简化计算［3］.利用有限单元法，对钢拱売结构
5、在无法满足无矩假定的前提下（壳体受到集屮荷载作川时），应按照儿何非线性进行计算［4］,并对钢拱壳结构进行受力分析.帶有加筋肋的穹顶结构为周期性轴对称结构，为简化计算，应取一个周期进行数值模拟分析，为避免畸形网格划分，减小课差，采川以拱顶顶点为屮心的sweep划分，并将网格尺寸细化，这样做虽然加大了计算量，但同时也捉高了计算精度.借助丁•数据分析方法对计算结果进行曲线拟合分析［5］,预测结构受力性能的发展趋势，并为钢拱壳穹顶结构设计和施工提供了重要的参考价值.1无矩薄壳理论的引入无矩壳体只受到壳体的薄膜内力，沿壳休厚笫26卷任徳斌等:
6、钢拱壳穹顶结构在集屮荷载作用下随厚度变化应力趋势预测287度方向应力均匀分布，使得材料强度得以充分发挥.为此，在进行壳体设计、施工时，应尽量使壳体满足无矩理论的要求条件［6］.所谓无矩假定：假定整个薄壳的所有横截而上都没有弯矩和扭矩（如图1所示）.即M1=0,M2=0,M12=0壳体内部的内力N1和Q丨应满足下回平衡方程：（BN1）-BN2+(AS)+ABkiQ1+ABX=0,(BS)+ABk2Q2+ABY=0,一AB(kiN1+k2N2)+(BQ1)-(AQ2)+ABZ二0,(BM12)+BM12"AMi+(AM12)+M12"M
7、2+(BM1)-ABQi二0.(1)图1薄板发生小挠度弯Illi时的内力图这样由式(1)中的最后两个方程式可得:Q1=0,Q2=0.(2)将式(2)代入式(1)得到：(BN1)-N2+ABS+(AS)+ABX=0,(AN2)-ANi+BS+(BS)+ABY=0,kiNi+IqN2-Z-0.(3)式(3)为无矩理论中的平衡方程.根据薄壳无矩理论定义壳体物理方程、儿何方程如下：N1=Et1-2(!l+(2),N2二Et1-2()2+!l),Sl2=S21=S=Et2(1+)!l2,M1-D(Vi+V2),M2=D(V2+Vi),M1=M
8、2=(1_)DV12.(4)),V2二-1B1Bw)-1AzBBw),Vi=-1AB(2W1AAw1BBw).(5)并Ft!薄壳物理方程(4)中，舍去与弯矩、扭矩有关的后3个式，只保留前3个式：得到N1=Et1_2(!i+b),N2=
