单层球面网壳结构自振特性分析.pdf

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1、赵清华等：单层球面网壳结构自振特性分析单层球面网壳结构自振特性分析赵清华，李若木(河南锦源建设有限公司，郑州450000)【摘要】采用参数化设计语言APDL(ANSYSParametricDesignLanguage)编制联方型单层球面网壳结构模型，只需输入网壳结构的相关参数即可生成网壳结构模型。实践表明，该方法为网壳结构各项性能的分析提供了极大的方便。本文以联方型单层球面网壳结构为例，分析单层球面网壳结构自振特性随网壳跨度、矢跨比的变化规律，并推导出基频设计图表，从而极大的简化了网壳结构基频的求解方法。【关键词】联方型

2、球面网壳；单层球面网壳；参数化设计；自振特性分析；动力特性分析【中图分类号】TU393．3【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2014)1O一0083一o3随着国民经济的发展和科技的进步，空间网格结构的应用越来越广泛，并呈现形体的复杂化、跨径更大化、质量轻型化、结构刚度趋柔变弱等趋势。因而结构动力特性的控制作用在结构设计中日益明显，国内外亦对该类结构的动力特性进行了大量的分析，@如：文献⋯对柱面网壳结构的自振特性进行了系统的分析；文献对双层柱面网壳的自振特性进行了系统(a)俯视图(b)透视图的分析研究；文献采

3、用拟壳法对球面扁网壳的动力特性进行了研究等。图1联方型单层球面网壳计算简图由此可见，在网壳结构动力性能方面国内外已经作了大量的研究工作，但是关于网壳基频的简化计算2自振特性的计算及分析做的还不够。本文以联方型单层球面为例，介绍单层根据实际工程情况，本文主要研究以下参数的变球面网壳结构的自振特性，提供一种网壳基频的简化化对网壳结构自振特性的影响。求解方法，以期为单层球面网壳结构的选型和初步设2．1矢跨比对网壳基频的影响计提供有益的帮助。当网壳跨度取30m，矢跨比分别取1／3、1／4、1／5、1模型建立1／6、l／7时，网壳

4、结构的首阶自振频率，即网壳基频如1．1几何描述表1所示。单层球面网壳结构的基本参数有：网壳跨度s、矢表l不同失跨比下的网壳基频高F、环向对称区域份数日_、径向节点圈数-，。。其中矢高和网壳跨度之比为矢跨比，决定网壳结构的壳面形状，是单层球面网壳结构的重要导出参数。网壳结构各参数中网壳跨度决定网壳壳面覆盖面积的大小，矢高决定壳面的突起高度，环向对称区10域份数和径向节点圈数决定壳面网格密度。9．9／1．9．81．2计算简图／9．7／本文采用有限元软件ANSYS参数化设计语言螽9．6／9．5APDL建立联方型单层球面网壳结构

5、模型。壳面各杆9．4均采用规格为~p121×4的Q235无缝钢管，包括壳9．31／31，41／51，6l广7面自重的均布外荷载取1．0kN／m，壳面最外圈节点矢跨比采用三向位移约束。图2不同矢跨比下网壳结构基频的变化规律网壳跨度取30m，矢高取7．5m，环向对称区域份数取l2，径向节点圈数取6时，联方型单层球面网壳由表1和图2可知联方型球面网壳基频随网壳矢结构计算简图如图1所示。跨比的减小而呈现先增大后减小的趋势，但网壳基频低温建筑技术2014年第1O期(总第196期)的整体变化幅度很小，说明单层球面网壳矢跨比对结合公式

6、为公式(1)～(5)(式中，=IOF／S，卵为网壳基构的刚度影响较小。通过图2可以发现球面网壳基频频)；以跨度为自变量的拟合公式见公式(6)～(10)在矢跨比为1／6时，取得最大值，说明此时球面网壳的(式中，Y=S／IO，叼为网壳基频)。刚度最大。表3不同矢跨比和跨度条件下联方型单层2．2跨度对网壳基频的影响球面网壳结构的自振频率当矢跨比取1／4，网壳跨度分别取2O、25、30、35、40m时，网壳结构的首阶自振频率，即网壳基频如表2所示。表2不同跨度下的网壳基频2520S=20．'r／=2．6722x一22．2238x

7、+＼15＼．60．3065x一31．8696醐lO—＼．S=25，=0．8076x一6．3202x+5。l5．7136x一1．61380S=30，钾=0．0940x一0．8294x+跨度，m2．0821x一8．3287图3不同跨度下网壳结构基频的变化规律S=35．71=0．0529x一0．47115x+1．1227x一6．5558由表2和图3可见联方型单层球面网壳结构基频S=40．7"／=0．0319x一0．2853x+随网壳跨度的增大而降低，说明壳面刚度随着网壳跨0．6360x一5．2542度的增大而降低。由图2可以发

8、现当网壳跨度由20F／S=1／3，田=一1．6713y3+188746y2—．～30m变化时壳面刚度迅速降低，由30m到40m变化74．3596y-4-107．7802壳面刚度变化趋于平缓。F／S=1／4，田=一1．6613y3+188080y2—3网壳基频随结构参数变化规律分析．74．3767y+108．4490当