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椭球面钢—混凝土组合肋壳稳定性分析

作　者: 关志军
导　师: 吴敏哲；雷光明
学　校: 西安建筑科技大学
专　业: 结构工程
关键词: 钢—混凝土组合肋壳几何非线性稳定性极限荷载
分类号: TU399
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

钢—混凝土组合肋壳是一种新型组合空间结构体系,它是由U型截面钢肋和浇注于其内的混凝土肋构成组合肋,以组合肋为支架浇注混凝土薄壳,最终完成组合肋壳施工。在整个施工过程中,建成构件依次作为后者施工时的模板和支架,避免混凝土薄壳施工中支模拆摸等繁琐工作,大大缩短工期,降低造价,是一种具有很好工程应用前景的新型壳体结构形式。失稳是大跨空间结构的主要破坏形式。大跨空间结构的相关规程没有对曲面形式为椭球面的空间结构的设计和计算做出详细的规定,为此,本文对椭球面钢—混凝土组合肋壳的稳定性能进行了详细的研究。主要的研究内容包括:(1)系统地介绍了近几十年来大跨空间结构的发展概况,发现了传统钢筋混凝土薄壳结构在施工方面的不足,概括了钢—混凝土组合肋壳这种新型组合空间结构的优点和发展状况。(2)采用大型有限元分析软件ANSYS对椭球面钢—混凝土组合肋壳进行静力和特征值屈曲分析,初步了解其静力特性,以及在理想状态下的失稳特点,为后面的非线性稳定分析提供参考。(3)从大规模的几何参数分析入手,研究了椭球面钢—混凝土组合肋壳的非线性稳定性能。研究了不同组合肋截面尺寸、不同钢筋混凝土薄壳厚度、不同矢跨比、不同短跨和长跨比值等参数下组合肋壳极限荷载的变化规律和失稳区域的分布情况,为该新型结构设计提供参考。(4)文中还进一步研究了边界条件和初始几何缺陷对组合肋壳结构稳定性的影响。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章绪论  9-20
  1.1 我国大跨空间结构简介  9
  1.2 大跨空间结构分类  9-11
  1.3 椭球面壳体结构及相关规程的介绍  11-13
    1.3.1 椭球面壳体结构的发展与应用  11-13
    1.3.2 相关规程的不足  13
  1.4 混凝土薄壳结构的发展  13-16
    1.4.1 混凝土薄壳结构的发展  13-15
    1.4.2 钢筋混凝土薄壳结构发展的主要障碍  15-16
  1.5 新型组合壳体结构的发展与应用  16-18
    1.5.1 钢—混凝土组合结构简介  16
    1.5.2 新型组合壳体结构的发展与应用  16-17
    1.5.3 钢—混凝土组合肋壳的介绍  17-18
    1.5.4 钢—混凝土组合肋壳的研究现状  18
  1.6 本文的主要研究内容  18-20
第2章椭球面钢—混凝土组合肋壳稳定分析理论和方法  20-30
  2.1 稳定理论  20-22
    2.1.1 失稳现象  20
    2.1.2 失稳类型  20-21
    2.1.3 失稳机理  21-22
  2.2 壳体结构稳定分析方法  22-27
    2.2.1 基于连续化假定的稳定分析方法  22-23
    2.2.2 基于离散化假定的稳定分析方法  23-24
    2.2.3 增量有限元格式  24-26
    2.2.4 壳体结构非线性平衡路径跟踪算法  26-27
    2.2.5 本文使用的方法  27
  2.3 稳定性分析中初始缺陷的考虑  27-29
    2.3.1 随机缺陷模态法  28
    2.3.2 一致缺陷模态法  28-29
  2.4 壳体结构稳定性分析在ANSYS中的实现  29-30
    2.4.1 特征值屈曲分析  29
    2.4.2 非线性屈曲分析  29-30
第3章椭球面钢—混凝土组合肋壳的静力及特征值屈曲分析  30-41
  3.1 相关规程介绍  30-31
  3.2 ANSYS模型的建立  31-36
    3.2.1 单元的选取  31-33
    3.2.2 竖向荷载的施加  33-34
    3.2.3 计算模型  34-35
    3.2.4 材料特性  35-36
    3.2.5 支承条件  36
  3.3 静力分析  36-39
  3.4 特征值屈曲分析  39-40
  3.5 本章小结  40-41
第4章椭球面钢—混凝土组合肋壳非线性稳定性分析  41-69
  4.1 引言  41
  4.2 参数分析方案  41-43
  4.3 几何参数对椭球面钢—混凝土组合肋壳极限荷载的影响  43-53
    4.3.1 钢筋混凝土薄壳厚度对结构极限荷载的影响  43-45
    4.3.2 组合肋截面尺寸对结构极限荷载的影响  45-48
    4.3.3 矢跨比对结构极限荷载的影响  48-50
    4.3.4 短跨和长跨的比值对结构极限荷载的影响  50-53
  4.4 边界条件对椭球面钢—混凝土组合肋壳极限荷载的影响  53-57
  4.5 初始缺陷对椭球面钢—混凝土组合肋壳极限荷载的影响  57-65
    4.5.1 典型算例  58-59
    4.5.2 不同几何参数下初始缺陷对结构极限荷载的影响  59-65
  4.6 各参数对椭球面钢—混凝土组合肋壳失稳形式的影响  65-67
  4.7 本章小结  67-69
第5章结论与展望  69-73
  5.1 结论  69-70
  5.2 展望  70-73
致谢  73-75
参考文献  75-79
攻读硕士学位期间发表论文  79

椭球面钢—混凝土组合肋壳稳定性分析

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