第六章 结论及展望

第六章结论及展望6.1结论本文从大规模的几何参数分析入手，并结合工程实例，深入研究了K8型和肋环型单层椭球面网壳结构的静力稳定性能，得到如下结论：1.结构的屈曲性能结构的失稳破坏经历了多次屈曲，表现为荷载-位移曲线的多次上下波动，每波动一次都代表以某一个结点为主的跳跃屈曲，随着屈曲次数的增加，网壳的局部凹陷也越来越大，进而结构发生破坏。2.结构的屈曲模态对于K8型网壳，结构的失稳大多数从自内向外第二圈纬杆上的斜杆结点M处开始，当矢跨比为0.2、0.3、0.4、0.5时，随着荷载的下降，结构在M点处的位移继续增大，形成局部凹陷；当矢跨比为0.6时，随着荷载的下降，M点的位移却随之变小，而在其它点处形成局部凹陷，这是因为矢跨比过大，该处曲面的曲率较小，比较容易发生局部失稳。而对于肋环型网壳，结构大多数从自圆心向外第二～四圈处开始发生失稳，屈曲后结构在此处形成凹陷。3.参数变化的影响网壳极限承载力随短向跨度的变化不明显，而受矢跨比变化的影响则比较敏感，且随着矢跨比的增而增大，近似呈三次曲线关系；网壳极限承载力随杆件截面尺寸的变化具有很好的规律性，基本呈线性增长关系。4.初始缺陷的影响两种形式的椭球壳对初始几何缺陷都表现出高度的敏感性。对K8型而言，当结构具有L/1000的初始缺陷时，其极限承载力约下降到理想结构的55％～75％。缺陷影响系数与结构矢跨比的关系没有变化规律可寻；当矢跨比达到0.6时，初始缺陷对结构的影响趋小，约为90％，个别的甚至出现极限承载力增大的情况。当缺陷值为L/150左右时，结构极限承载力达到最小值，约为理想结构的36％左右；当缺陷再进一步增大，结构极限承载力反而呈上升趋势，表现出“形状畸变”现象；这种“畸变结构”刚度较差，变形发展很快，尽管极限荷载仍可能有所上扬，但并没有多大实际意义。从实用角度考虑，可以把L/150的缺陷作为结构可接受的最大缺陷，同时可以把理想结构极限荷载的36％作为实际有缺陷结构的极限承载力。而对于肋环型网壳，当结构具有L/1000的初始缺陷时，其稳定性承载力约下降到理想结构的56％～85％，且随着矢跨比的增大，这一比例也增大，说明缺陷敏感性随着矢跨比的增大而减小。当缺陷值约为L/100～L/300时，结构极限承载力达到最小值，约为理想结构的40％，随着缺陷的进一步增大，结构的极限承载力也呈上升趋势。考虑结构的“形状畸变”及实际应用角度，可以把理想结构极限荷载的40％作为实际有缺陷结构的极限承载力。5.荷载不对称分布的影响K8型单层椭球壳表现出很好的空间工作性能，荷载不对称分布对其极限荷载几乎没有影响，在不对称荷载作用下（p/g＝0、1/4、1/2）的荷载-位移曲线也几乎相互重合。从实用角度考虑，如果将总荷载p+g作为衡量的指标，可以不考虑荷载不对称分布这一因素对单层K8型椭球壳极限承载力可能产生的影响。而对于肋环型单层椭球壳，其侧向刚度较小，荷载不对称分布对其极限承载力的影响较大。以p+g作为衡量指标时，不对称荷载作用下的极限荷载相对于对称荷载情形的比值大部分在55％～85％之间，平均值为71％，以g+p/2作指标时，这一范围变为45％～75％，平均值为62％。6.支承条件的影响结构在铰支与固支这两种支承条件下的极限荷载几乎相等，两种条件下的结构荷载-位移曲线也几乎重合；结构具有初始缺陷时，得到的情形也一样。说明支座是固支还是铰支对结构的极限承载力几乎没有影响。7.两种结构形式的比较对于相同跨度、相同矢跨比及相同截面尺寸的K8型和肋环型单层椭球壳来说，后者的极限承载力明显下降，且随着矢跨比的增大，下降幅度也增大；屈曲后，后者的荷载-位移曲线比较平坦，结构很快产生凹陷；对缺陷的敏感性，后者也甚于前者。总之，肋环型单层椭球壳的刚度比凯威特K8型要差，稳定性能不及K8型，它只适用于较小跨度的结构。8.极限承载力的拟合公式对理想结构在满跨均布荷载作用下的极限荷载进行公式拟合，得到如下的拟合公式：K8型：肋环型：与运用Ansys计算程序分析的结果进行比较，误差大多数在±10％以内，是可以接受的；如果考虑工程实际中的偏于安全要求（保证95％），同时考虑初始几何缺陷及荷载不对称分布的影响，最后得到单层椭球壳的极限承载力拟合公式为：K8型：肋环型：9.应用实例对温岭锦屏公园大门椭球壳这一工程实例进行稳定性分析，得到其极限荷载为73.5kN/m2，与拟合公式相差37.5％，这是由于本结构为一斜置椭球，且两侧开有较大的门洞，这都影响了结构的静力性能及承载能力。6.2进一步工作的展望上述的研究成果有一定的理论意义和实际价值，但是由于资料不足、时间仓促等因素的制约，有一些工作还未涉及，某些研究尚不透彻，下面基于本人对单层椭球壳结构系统分析的认识，谈谈进一步工作的展望：对其它结构形式进行分析文中只对凯威特K8型和肋环型两种结构形式的单层椭球壳的静力稳定性能进行了系统的分析，而对于其它形式的诸如凯威特K6型、短程线型、肋环斜杆型以及多种形式相组合的结构形式则没有进行分析，这对于单层椭球壳这一类结构而言，是一种缺憾。如果对上述这些结构形式都进行全面的分析，则能更加全面的得到单层椭球壳结构的静力稳定性能。对结构进行抗风分析风荷载是大跨结构的主要侧向荷载之一，抗风设计的合理与全面与否是工程安全的关键之一，因此对结构进行抗风分析尤为重要。抗风分析主要包括风致振动频域分析和风致振动时域分析。对结构进行动力特性分析我国是多地震国家，80％以上的大中城市处于地震区，因此有关大跨网壳结构的抗震问题