椭圆抛物面辐射式张弦梁结构的非线性屈曲及施工仿真分析.doc

某大跨椭圆形弦支穹顶结构的整体稳定性分析 姜正荣，孔鹏 (华南理工大学土木与交通学院，广州 510640) 摘要: 东莞厚街体育馆屋面钢结构采用弦支穹顶结构体系。该体系为半柔性结构，结构的整体稳定性能是该类结构体系设计选型的控制因素。本文考虑了三种不同的初始参考荷载组合，对其进行了线性特征值屈曲分析和非线性屈曲分析，并与相应的单层网壳计算结果进行了对比。计算结果表明：三种荷载组合下，弦支穹顶的稳定承载力明显高于相应的单层网壳，由于索杆体系的引入，极限荷载提高到2倍左右，这充分显示了弦支穹顶结构的优势。 关键词: 弦支穹顶；非线性；稳定性；屈曲分析 中图分类号：TU393.3 文献标识码：A The overall stability analysis of an elliptic suspend-dome structure JIANG Zheng-rong, Kong Peng (School of Civil Engineering and Transportation, South China University of Technology, Guangzhou, 510640, China) Abstract: Suspend-dome structure, which is a kind of semi-flexible structure, is applied in the roof steel structure of Dongguan Houjie gymnasium. The overall stability of the structure is a dominating factor during the design. The eigenvalue buckling and nonlinear buckling is analyzed in this paper, considering three different kinds of initial reference load combinations. The computational results show that: comparing with the corresponding single-layer lattice shell, the overall stability of suspend-dome structure is much higher on effect of three load combinations. Because of cable-strut system, the ultimate load is increased to two times. This fully displays the advantage of suspend-dome structure. Key words: suspend-dome; nonlinear; stability; buckling analysis 0 引言 弦支穹顶是一种将刚性的单层网壳和柔性索杆体系组合在一起的新型杂交预应力空间结构体系。在大雪、强风或强烈地震作用下，弦支穹顶结构可能由于稳定问题导致结构的破坏或倒塌。弦支穹顶屈曲后，结构的承载能力急剧下降，造成整个结构的破坏。因此，对弦支穹顶进行稳定性分析是十分必要的。 本文以东莞厚街体育馆弦支穹顶结构体系为研究对象，采用考虑几何非线性、初始几何缺陷的通用有限元程序ANSYS对其进行非线性屈曲分析，考虑活载的全跨及半跨布置。具体计算步骤为：(1) 根据线性理论，进行特征值屈曲分析，得到结构的屈曲模态及对应的特征值；(2) 根据几何非线性有限元理论，考虑短轴跨度的1/300作为初始几何缺陷，采用改进的Newton-Raphson法和弧长法相结合的增量迭代法，对 结构进行非线性屈曲分析。将弦支穹顶计算结果与相应的单层网壳进行对比。 1 分析模型 厚街体育馆位于东莞市厚街镇中心区，处于规划中的厚街体育公园内(一期项目)，体育馆用地约119610m2，总建筑面积约22893m2，座位数7830。建成后的体育馆不仅可用于群众日常全民健身活动，还可举办地区性和全国性单项比赛，是一座多功能综合性中小型体育馆。收稿日期: 基金项目: 广东省自然科学基金 (020940). 作者简介: 姜正荣(1971-), 男, 博士, 讲师. E-mail: zhrjiang@scut.edu.cn 厚街体育馆钢屋盖采用椭圆抛物面稀索体系弦支穹顶结构，平面投影为椭圆形(127.875m×93m)，其中支座间长轴方向的结构净跨110m，短轴方