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某单层柱面网壳结构计算分析

这段时间没有怎么写东西,因为又接了两个项目,时间赶得不行,所以每天只是打开网站看看大家的留言,没有时间写东西。现在两个项目已基本上结束了,可以拿出来简单介绍一下,与大家共同分享。

先介绍一个单层柱面网壳的项目吧。

1基本介绍

某单层柱面网壳,结构总长度为48m左右。跨度30m。屋顶矢跨比1/6.57,网格为矩形,跨度与长度方向的杆件长度分别为1.8m1.5m,截面分别为BOX 100×200×5×5BOX 60×120×5×5

 

2考虑的荷载:

(1)    荷载:包括结构自重、玻璃重量、拉索预应力;

(2)    活荷载:考虑了满布、不均匀分布3种情况;

(3)    风荷载:考虑左右风向两种情况;

(4)    地震作用:考虑XYZ三种方向;

(5)    温度:考虑升温和降温两种情况;

3 结构动力特性

前三阶振型

4位移校核

所有非地震标准组合作用下,屋面结构最大竖向位移为51mm,相应的u/L=1/588,小于《空间格构结构设计规程》(DG/TJ08-52-2004)对网壳屋盖结构最大容许变形值的规定(L/300);包络工况与各单工况作用下结构的变形图见下图。

 

UZ包络值(m)

5结构整体稳定性分析

5.1 Buckling分析

不同荷载组合作用下的荷载屈曲因子

工况组合

荷载因子

第一阶

第二阶

第三阶

+()

6.3594

7.5228

9.2859

+()

7.5644

8.9526

11.0440

+()

7.3181

8.6520

10.6690

+()

11.7387

13.9067

17.1779

+()

11.7574

13.9267

17.1981

+()+0.6()

7.0712

8.3666

10.3272

+()+0.6()

7.0753

8.3709

10.3314

+()+0.6()

8.5930

10.1722

12.5426

+()+0.6()

8.5991

10.1793

12.5520

+()+0.6()

8.2770

9.7872

12.0665

+()+0.6()

8.2825

9.7925

12.0696

+0.7()+()

8.5352

10.1028

12.4718

+0.7()+()

8.5451

10.1133

12.4823

+0.7()+()

10.0368

11.8864

14.6623

+0.7()+()

10.0507

11.9023

14.6827

+0.7()+()

9.7335

11.5170

14.2085

+0.7()+()

9.7462

11.5295

14.2169

 

 

“恒+()”作用下前三阶屈曲模态

 

“恒+()”作用下前三阶屈曲模态

可以看出“恒+()”组合作用下,结构的第一阶屈曲荷载因子最小,为6.3594。也就是说这个组合是稳定性分析中结构的控制组合。

5.2 非线性荷载-位移全过程跟踪分析

利用“恒+(满布)”作为稳定性分析的工况,考虑几何非线性、材料弹塑性与初始几何缺陷,对结构进行非线性“荷载-位移”全过程跟踪。其中以第一阶屈曲模态作为初始缺陷的分布,节点最大竖向几何缺陷分别取0mm20mm40mm60mm100mm,其中100mm是《网壳结构技术规程》(JGJ 612003)的建议值(L/300)

 

不同条件下的荷载-位移曲线

 

 

极限荷载系数与最大初始缺陷之间的关系曲线

 

不同最大初始缺陷值对应的极限荷载因子

初始缺陷(mm)

0

20

40

60

100

极限荷载因子

5.900

5.63

5.44

5.300

5.070

 

6 小结

通过这个工程的计算,对单层柱面网壳结构的了解也进一步加深:

1)单层柱面网壳在结构体系上其实不是特别合理的一种结构形式。很简单,网壳结构重在屋面体系的整体作用,而单层柱面网壳实际上相当于单跨梁,整体作用不是很强,所以这种结构体系往往跨度不能做得很大。

2)单层柱面网壳结构,特别是这种勒环型网格布置,往往是稳定性起控制作用。

3)单层柱面网壳结构,跨端不能是铰接。结构发生失稳的原因其实就是薄膜应力,也就是轴压力。如果跨端设置为铰接的话,则跨度方向杆件主要以轴压力为主,而网壳的厚度又很小,所以进一步增加了结构整体失稳的可能性。这点在实际项目中跟设计单位发生过争论。不过,后来设计方终于还是接受了我们的建议。

4)单层柱面网壳结构对活荷载不均匀布置较为敏感,特别是半跨布置的情况。这点在位移和内力上可以反映的较为明显。

相对来讲,这是一个比较简单的结构,本来应该很快就完成的。但是由于在做的过程中出现了很多变化,比如原来屋面是铝合金材料,后来变为钢结构,所以反反复复浪费了很多时间。不过,最后终于是完成了,还是比较开心的。

  • quote 1.MILK
  • 你好 崔大师,

    请问你在这个结构分析中,杆件是采用哪种BEAM单元呀
    cjc 于 2009-11-6 23:54:46 回复
    你称呼的太夸张了,叫我崔工。因为只是一般的静力分析,所以采用的是Beam44单元,不过弹塑性稳定分析时采用的是beam189单元!
    MILK 于 2009-11-10 9:56:42 回复
    谢谢!希望今后自己也可以拿出自己的结构分析项目与你分享,探讨。我会一直关注这个网站的:)
  • 2009-11-6 9:33:02 回复该留言
  • quote 2.NARUTO
  • 崔老师:
    不好意思打扰了,我想请教您关于ansys的问题。
    看到这个例子,我想询问一些关于双非线性全过程分析的问题,我最近在做火灾下单层网壳的弹塑性稳定承载力的分析,现在比如想求火灾1小时以后的弹塑性稳定承载力,1小时以后的温度场已经都求得了,我想利用在1h时的网壳在温度和重力作用下的变形和内力,在此基础上施加节点荷载和初始缺陷进行几何,材料的双非线性的全过程分析,现在的问题如下:
    1.施加初始缺陷,需要进入/prep7使用UPGEOM进行更新节点坐标,这样的话再回到求解层,是不是会丢失原来的温度和重力作用下的变形和内力?但使用UPCOORD更新坐标的话,只是对当前数据库的位移进行操作,而我想要的是屈曲分析的位移。不知道这个问题该如何解决。
    2.网壳在温度和重力作用下的分析是采用的autots,on可是在全过程分析中采用的是弧长法,怎么在前者的基础上使用弧长法?
    3.我采用了单点重启动分析来实现(不知道对错,运行时总发出警告),可是得不到像您那样的光滑曲线,而且没有下降段,据说跟弧长法的子步设定有关,请问老师可否把该例子的求解部分命令流借我参考下,因为我没做过双非线性的全过程分析,而且书上的一些例子也基本上都是几何非线性的全过程分析,一些参数的设置可能有很多问题。
    谢谢老师了!~
  • 2010-3-27 8:34:07 回复该留言

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