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标题: 求教单层网壳问题 [打印本页]

作者: x5 时间: 2005-4-8 14:17 标题: 求教单层网壳问题

本人现在做一个单层网壳的方案,在设计过程中有以下几点疑问，望各位兄台多加指点，谢谢！
1.结构计算分析时，怎么考虑初始几何缺陷，对规程中所写初始几何缺陷要小于L/300不太理解，初始几何缺陷是对设计的要求，还是施工过程的要求？
2.几何非线形分析后，是否构件应力比一定要小于0.2。
3.规程上所说是确定网壳稳定容许承载力（标准值），我们国家规范一直是极限应力状态法，两者的关系？
4.规程中说了容许承载力和容许荷载的概念，两者关系？尤其是容许荷载的概念，是点荷载还是面荷载或其它？
5.设计中网壳的计算几何长度是很小的每个单元还是壳体弧长的一半？在稳定分析时相差很大！
6.网壳的挠度是在线形分析还是在几何非线形分析下控制？

作者: zxinqi 时间: 2005-4-10 18:29 标题: 回复：求教单层网壳问题

楼上也忒狠了，一下子六个问题光敲字也得花一段时间。一个一个的解决吧。
个人看法：
1.结构计算分析时，怎么考虑初始几何缺陷，对规程中所写初始几何缺陷要小于L/300不太理解，初始几何缺陷是对设计的要求，还是施工过程的要求？
初始几何缺陷应该是对设计的要求！

  单层网壳结构属缺陷敏感性结构，其临界载荷可能会因极小的初始缺陷而大大降低，即具有初始缺陷的网壳结构的真正临界载荷远远小于理想完整系统的理论值。根据网壳结构技术规程，初始几何位移缺陷对网壳的稳定性承载力影响应在验算中考虑。由于节点安装位置偏查验壳面的分布是随机的，研究表明：通过实例进行比较分析，证明当初始集合缺陷按最低屈曲模态分布时，求得的稳定性承载力是可能的最不利值。至于缺陷的最大值，理应采用允许的最大安装偏差，但鉴于当前的实际施工条件，根据规范取不小于网壳跨度的1/300。根据非线性有限元分析理论，具体分析可按以下方法及步骤。
（1）  先进行线性屈曲分析(eigen buckle)，求得特征值λ（也叫比例因子或载荷因子）
                （[K]+λ[S]）{φ}=0
[K]-------线弹性刚度矩阵。
[S]-------应力刚度矩阵。
{φ}----位移特征向量。
特征值λ是根据线性分析得出的一个保守的屈曲载荷放大倍数参考值，即该特征值是给定载荷的比例因子。λ值得确定是为了便于非线性全过程跟踪分析，并不影响验算结果。根据求得的特征值可以决定结构的荷载变形曲线的分叉点。具有分叉屈曲的结构在达到屈曲载荷之前，其位移曲线表现出线性关系，所以特征值屈曲不必考虑任何非线性和初始扰动。由此预测出屈曲荷载的上限，了解了屈曲形状和载荷的估计值。（ANTYPE,STATIC）
（2）  非线性有限元全过程跟踪分析：
非线性有限元方程：
（[K]L+ [K]NL）{Δu}={P}
[K]L-------线弹性刚度矩阵。
[K]NL-------非线弹性刚度矩阵
[Δu]-------位移增量矩阵。
{P}----节点载荷增量矩阵。
求解采用增量迭代法中应用最广泛的牛顿-拉普森法和弧长法。对于载荷增量采用弧长法自动加载，以避免结构在加载是某些点可能出现在物理意义上的不稳定，帮助稳定数值求解。
（3）  考虑初始安装偏差的影响。
在以上两个步骤分析中便求得了结构的最低屈曲模态，将结构挠度最大点的位移值取为网壳跨度的1/300。其它节点位移按比例相应缩小。得出考虑初始安装偏差影响的结构分析模型，重复第二步骤进行分析。
由于在前面分析中已得出个载荷工况下的结构特征值，便可以判断出哪一种载荷工矿作用下最容易发生整体失稳。对该载荷工况作用下进行结构整体稳定性的全过程跟踪分析。得出结构屈曲变形图及代表点的载荷位移跟踪曲线。
分析过程中继续加载至设计载荷的n倍时，结构发生明显的屈曲，此时表示结构已经失稳。此载荷为理想状态下的临界载荷。
下面考虑初始安装偏差对结构整体稳定性的影响。当结构屈曲时找出结构位移的最大点，将该点的位移取为结构跨度的1/300，其它各点按比例相应缩小，得出考虑初始安装偏差影响的结构分析模型，在进行非线性有限元全过程跟踪分析，得出结构变形代表点(取竖向位移最大值)的载荷位移跟踪曲线。
这时你会发现加载过程中达不到n倍设计载荷时结构已经发生屈曲。

作者: x5 时间: 2005-4-11 08:28 标题: 回复：求教单层网壳问题

十分感谢zxinqi兄的回帖,我明白一点了。

作者: okok 时间: 2005-4-11 14:52 标题: 回复：求教单层网壳问题

x5 wrote:
...
5.设计中网壳的计算几何长度是很小的每个单元还是壳体弧长的一半？在稳定分析时相差很大！
...

网壳不会是单构件失稳。应验算整体稳定：q_cr=k√（BD）/R²。
对于球冠，k的理论值是1.05，设计中采用0.2。

我知道有设计单位用比较简单的方法考虑整体稳定：荷载放大5~8倍，然后只验算构件强度和稳定。

作者: zxinqi 时间: 2005-4-12 15:38 标题: 回复：求教单层网壳问题

对于楼主的其余五个问题我想可能还是关于单层网壳的稳定性问题，单层网壳稳定性分析是我97年的毕业论文，但从事工作以来也没再接触过单层网壳的工程设计，再说我还没看过网壳的规范，我把我对这方面的认识谈一谈，欢迎指教。
  设计网壳应计算或验算其强度和稳定性，理论及实践证明，网壳结构的设计通常受其稳定性控制。网壳结构稳定分析的目的是计算网壳结构的临界载荷，分析网壳结构对初始缺陷的敏感性，从而提出合理的安全系数和设计临界载荷。
判断一个结构体系所处的平衡状态是否稳定的最基本原则是：对处于平衡状态的结构体系施加一个微小的扰力。如果将这个微小的扰力撤去以后，结构体系仍然恢复到原来的平衡位置，则该体系是稳定的。反之该体系是不稳定的。
影响网壳失稳的因素有如下几种：
1．  网壳结构的非线性性能，即几何的非线性性能。
2．  结构对初始缺陷的敏感性。
3．  网壳结构的周面曲率
4．  结构所用的材料特性
5．  网壳结构的薄膜刚度及弯曲刚度
6．  结构的拓扑及支撑条件
7．  网壳结构的节点刚度及载荷类型
但从网壳结构的稳定性分析来看，他与结构的超静定次数及杆件的应力关系不大。因此网壳结构的整体失稳与杆件的应力是否达到0.2时没有关系的，楼主将强度理论与稳定性理论搞混了。
至于规程上所说是确定网壳稳定容许承载力（标准值）[nks]=Pcr/K
K值为安全系数可取K=5来说，我想这是针对计算所得的临界载荷Pcr而言考虑的安全系数，并不代表杆件的应力安全系数。杆件的强度破坏及失稳与网壳的整体失稳绝对不是一个概念。静力学上的叠加原理不适应网壳结构的整体失稳计算。同时有设计单位用比较简单的方法考虑整体稳定：荷载放大5~8倍，然后只验算构件强度和稳定的做法也是不正确的。（个人看法，如有疑义，欢迎指出）
我想K值得由来应该是这样得出：
在确定网壳结构的设计临界载荷时考虑了以下几个因素：理想完整系统的分枝或极值载荷；初始缺陷的敏感度及其它可能消减结构的临界载荷因素，如徐变等。
结构的设计临界载荷Pdes-cr=β1β2β3β4 Pcr/S
β1初始缺陷的缩减系数
β2徐变影响的缩减系数
β3动力影响的缩减系数
β4  载荷效用影响的缩减系数
Pcr非线性求得理想完整系统的临界载荷
S安全系数，与风险系数，设计者的自信度，制造商的信任度，标准的偏差等因素决定
江以上个系数代上得出设计允许的临界载荷pdes-cr=(1/7----1/8)Pcr
在97年时我们一直取K=8，不知道为何现在取5了，可能是计算水平及精度或制作水平提高了的原因吧。
因此这个容许承载力应该为安非线性计算的临界载荷值除以5所得，因为在非线性全过程有限元跟踪分析中，载荷无论面载荷还是点载荷都按一定的增量递增，这仅是一个倍数而已。如果你的实际载荷标准值超过临界载荷的1/5时，说明你的结构存在失稳的隐患，应按照上述7种因素及性调整模型重新计算。
你指的网壳中的计算长度是不是指杆件的计算长度，平面内应取0.9l,
平面外取1.6L.
计算的挠度应该是线性设计载荷下的挠度，不应是非线性分析过程中在临界载荷下的大位移挠度，他相差高达几十倍。

作者: x5 时间: 2005-4-12 16:24 标题: 回复：求教单层网壳问题

zxinqi兄很感谢你的回帖！从理论上你说的可行，很有道理。但在实际工程设计中很难办到！如对初始缺陷就很难办到，如你所说“当结构屈曲时找出结构位移的最大点，将该点的位移取为结构跨度的1/300，其它各点按比例相应缩小，得出考虑初始安装偏差影响的结构分析模型”那整个模型都要重新建模！zxinqi兄不知关于“设计中网壳的计算几何长度是很小的每个单元还是壳体弧长的一半？在稳定分析时相差很大！”的问题是否清楚我的意思,结构平面内是很清楚的，但平面外是多少？1.6L（节点间距）？我想不一定吧，在计算拱形构件时，计算长度为整个拱形弧长的1/2（参考陈绍蕃的钢结构稳定设计），网壳平面外是否也应为整个弧面中最长弧线长度的1/2？zxinqi兄等你回答！很高兴与你交流！你在何方？想和你交个朋友。

作者: zxinqi 时间: 2005-4-13 18:53 标题: 回复：求教单层网壳问题

我理解你的意思了，你是不是参照拱的整体稳定性来计算网壳的稳定性了？也就是说拱的临界压力Ncrx=π2EI/K2S2中的S取值吧。那就过于牵强了。
拱作为曲梁，其仍属于一维构件范围，它是由基于小位移线弹性理想状态理论下的平衡微分方程得出，也可以按最小势能原理得出。由于在平衡微分方程的求解中是按拱的曲线弧进行积分的，得出来的结果弧长是一个常数，为方便工程人员便于接受及理解而不必进行繁琐的微分求解，公式中以最简单且最直观的方式来表达。就如同两端铰接的轴心受压杆件的临界载荷计算一样，对于其他约束条件下的临界载荷引用了一个计算长度系数，以便于工程上的计算。实际上它的物理意义不大。工程理论研究的结果是将复杂的问题简单化。以便于在实际工程中的应用。
网壳结构的微定性分析可分为基于连续化假定和基于离散化假定的线性理论及非线性理论，基于连续化假定的理论可以通过静力法和能量法完成，如果参照的话你应该参照砼薄壳理论来分析其稳定性还是有一定价值的，如果参照一维的拱稳定理论来求解网壳稳定临界载荷那可就差远了。
就如同说用传统的结构力学解决不了弹性力学的道理一样。很显然，结构系统的稳定分析不宜受制于单一杆件或构件的失稳概念，因为系统与杆件或构件的失稳机理无法简单比拟。但是失稳这一现象的共性还是存在的。可以借助一阶的简单结构的失稳现象所提供的经验来进行高阶系统分析，但不是仅靠一个常数或参数来比拟。
因此在求解网壳的稳定性分析中采用有限元是合理且精确的，他在分析过程中没有计算长度系数的概念，有点接近工程仿真学的意思。不知这样说对不对，但我认为，你现在的认识还局限在一个局部的杆件理论上。在有限元分析中，节点的加载时可以加入位移的，如同支座的沉陷一样，你无须重新建模。在分析这种复杂的结构中，即便是重新建模或花费多大的精力也是正常的且应该的。我在青岛一小设计院打工，为了生计，整日与砖混、小框架、门式钢架打交道，未接触此类项目，纸上谈兵，见笑了。有问题给我发邮件。

作者: zidiao423 时间: 2010-3-11 22:25

zxinqi
从你的答复中我看到你的知识相当的扎实。如果只是在一个小设计院的话，真的屈才了。我建议你可以到ansys或者midas公司做专门的有限元工程师，这样你能充分的发挥你的才能

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