摘 要

铺钢板肋环型网壳结构是近几年来备受结构设计师们关注的空间结构之一。它刚度大，受力性能好，造型新颖美观，可以给建筑设计师们充分的发挥空间，但也存在能源消耗大，造价高的缺点。对于铺钢板肋环型网壳结构来说，稳定性分析一直是人们研究关注的重点，也是本文的研究重点。

本文考虑了结构的几何非线性和材料非线性，运用软件ANSYS构建了一个铺钢板肋环型网壳结构的模型，并对结构的全过程路径进行了追踪，得到了荷载-位移曲线，应力图和变形图。在分析汇总这些数据之后，本文发现了结构失稳全过程的三种形式。在此基础上，本文通过对不同尺寸的肋环型网壳结构的稳定性进行分析，讨论了主梁，铺板厚度，加劲肋对结构稳定性的影响。

关键词：肋环型网壳；弹塑性；失稳过程；稳定性

ABSTRACT

The latticed dome with steel plate is one of the spatial structures concerned by structural designers in recent years. It has large rigidity, good mechanical performance and novel and beautiful shape, which can give full play to architectural designers. However, it also has the disadvantages of large energy waste and high cost. The stability analysis has occupied the focus of people's research for a long time and is also the focus of this paper.

In this paper, in the consideration of both geometrical and material nonlinearity, a model of latticed dome with steel plate is established with ANSYS, and the whole process path of the structure is tracked, and the load-displacement curve, strain diagram and deformation diagram of the structure are obtained. After analyzing and summarizing these data, this paper finds three forms of the whole process of structural instability. On this basis, through the analysis of the stability of the latticed dome with different sizes, the influence of the main beam, the thickness of the ribbed plate and the stiffener on the structural stability are discussed.

Keywords: latticed dome; elastic-plastic; instability process; stability

目录

第1章 绪论 8

1.1引言 8

1.2网壳结构和肋环型网壳结构 8

1.3网壳稳定计算方法的发展 10

1.4本文研究的主要内容 12

第2章 结构稳定性理论 13

2.1失稳形式 13

2.2整体失稳与局部失稳 14

2.3结构稳定性的能量准则 15

2.3.1 结构平衡条件的能量表达式 15

2.3.2 判别稳定性的能量准则 16

第3章 结构的非线性有限元分析 19

3.1结构的非线性问题 19

3.2非线性问题的求解 19

3.2.1 增量法 19

3.2.2 直接迭代法 19

3.2.3 牛顿法和修正的牛顿法 20

3.2.4 增量-迭代组合法 21

3.2.5 弧长法 21

3.3大变形问题的T.L法和U.L法 22

第4章 壳的变形过程分析 23

4.1用ANSYS建模 23

4.2验证模型的正确性 23

4.3结构失稳全过程的三种形式 25

4.3.1 从局部到整体 25

4.3.2 屈曲局限于局部 28

4.3.3 局部程度加深 30

第5章 影响稳定性的因素 32

5.1 总述 32

5.2 加劲肋的影响 33

5.3 主梁的影响 35

5.4 铺板厚度的影响 37

第六章 总结与展望 39

6.1 总结 39

6.2 展望 39

参考文献 41

致谢 43

第一章 绪论

1.1引言

近几年来，空间结构一直以其良好的受力性能，出色的外观受到人们的追捧。很多体育馆，剧院，文化中心都采用空间结构。显然，空间结构已经成为了社会文明的不可缺少的一部分。而伴随着文明的不断进步，人们对于空间结构的需求越来越大，针对各种空间结构的研究层出不穷，而属于空间结构的网壳结构也不例外。

1.2 网壳结构和肋环型网壳结构

网壳结构是一种曲面网格结构，它同时具备了杆系和薄壳两个结构的优点，所用杆件种类少，刚度好，比较节省材料。除此之外，网壳结构造型优美，给建筑设计师很大的自由发挥空间，是目前应用最广，发展最快，深受人们喜爱的结构之一。实际上我国很多著名的建筑都是网壳结构，比如说，北京国家大剧院，深圳湾体育中心和杭州奥体中心游泳馆等等。其中，北京国家大剧院是肋环型网壳结构，见图1.2.1。

图1.2.1 北京国家大剧院

网壳结构种类繁多。如果按照层数分类，网壳结构一般分为三类——单层，双层和三层网壳结构。而按照曲面外形划分，网壳结构可以分为更多种类，如球面网壳，双曲面网壳，柱面网壳，圆锥面网壳，扭转曲面网壳，双曲抛物面网壳等等。

其中，本文研究的对象——铺钢板肋环型网壳结构属于球面网壳结构。在球面网壳中，除了肋环型网壳结构，常见的网壳结构还有很多，比如说施威德勒型（Schwedler）网壳、联方型网壳和凯威特型（Kewitte）网壳等。