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1、精品论文大集合基于 ADINA 的单层球面网壳自振特性研究邵永宝，张宁宁 辽宁工程技术大学结构工程系，辽宁阜新（123000） E-mail：, 摘要：本文主要分析拉索预应力带肋单层球面网壳自振特性，以最常用的 K6 型网壳的动 力分析作为研究重点。进行分析计算时，考虑了三种矢跨比、一种布索方案和一种布肋方式 对结构动力性能的影响。首先，利用有限元软件 ADINA 对局部双层网壳结构进行了自由振 动分析，发现拉索预应力局部带肋单层球面网壳自振频率密集，水平振型较多，这是由于网 壳结构起拱后，其竖向刚度增大而水平刚度减弱的缘故。 关键词：预应力带肋单层网壳；自振频率；自振特性；刚度；动力分析1引
2、 言网壳结构应用广泛的空间结构，它发展迅速、形式多样，已有的单层网壳存在承载力 低的缺点，并且受到跨度的限制；双层网壳杆件多、节点多，某种场合建筑效果不理想，而 且耗钢量大。针对此，已有学者开始探索一种新的结构形式拉索预应力局部双层网壳， 并且对其进行了一些试探性的研究。如文献1对预应力局部双层浅网壳结构进行几何非线形 稳定分析，侧重对柱面、肋环型和多块组合型的预应力局部单双层浅网壳结构在受全跨表面 荷载作用时的整体稳定性进行分析；文献2对预应力局部单双层扁网壳进行参数分析与近似 优化，提出均匀设计法进行结构的参数分析与近似优化，并对一个柱支撑预应力四周双层， 中间单层的柱顶支撑三向网格进行了
3、参数分析进行参数分析与近似；文献3对预应力八榀带 肋网壳结构进行动力性能分析，采取内部布索方式；文献4对一由 4 块组合的浅扭网壳进行 静力计算。但已有的研究局限于某几种形式网壳的某些性能，未对拉索预应力带肋网壳进行 系统全面地研究。针对此，本文着眼于 80 米拉索预应力带肋单层球面网壳，以最常用的 K6 型网壳的动力作为研究重点。进行分析计算时，考虑了三种矢跨比、一种布索方案和一 种 布肋方式对结构力学性能的影响。进行了自由振动分析，对多维与单维输入下主肋位移与内 力进行比较。研究了径向杆、斜杆和环向杆的内力反应分析。2网壳模型的选取及模态分析网壳杆件实际工程常采用 Q235 钢材5，弹性模
4、量为 2.11011，密度为 7810kg/m3，选 取 BEAN189 单元作为杆件；实际结构常使用钢绞线采用 1860 级 75 高强低松弛钢绞线， 建模时采用 LINK10 单元6，KEYOPT(3)=0 时，只受拉（绳索），弹性模量为 1.61011，密 度 7800kg/m3。网壳跨度为 80m，分别建立 K6 型拉索预应力局部带肋单层网壳，分别建立 三种不同的矢跨比，1/3、1/4、1/6（见图 1）。矢跨比为 1/3矢跨比为 1/4矢跨比为 1/6图 1 K6 型不同矢跨比模型Fig.2 different rise-span ratio of K6- 4 -3. 基本假定（1）
5、网壳的节点均为完全刚接的空间节点，每一个节点具有六个自由度；（2）质量集中在各节点上，只考虑线位移加速度引起的惯性力，不考虑角加速度引起的惯 性力；（3）作用在质点上的阻尼力与地面的相对速度成正比，但不考虑由角速度引起的阻尼力；（4）支承网壳的基础按地面的震动波运动。4. 振动方程由结构动力学可知，地震作用下，网壳的振动方程为7m& + C & + K = m&0 式中 m质量矩阵，对于有 N 个节点的网壳，为一个 3n 3n 的对角矩阵； C阻尼系数矩阵，为一个 3n 3n 的矩阵； K网壳的总刚度矩阵，由空间杆系非线性有限元得； 相对于地面的相对位移列矩阵； & 相对速度列矩阵； & 相对
6、加速度列矩阵； &0 地面地震运动加速度列矩阵。 网壳的基频对结构反应的影响最大，各阶振型形式与结构在地震作用下的振动有联系8，同时，对结构网壳进行自由振动特性研究，利用 ADINA 来分析网壳结构进行自由振动 计算，得出频率值和对应的周期。各阶频率（见表 1），图 2 给出了 ADINA 计算的前 3 阶振 型b1 f1=3.902 T1=0.256b2 F2=3.902T1=0.256图 2 前 3 阶振型Fig.2 the first three mode shapeb3 f3=4.361 T3=0.229表 1 ADINA 计算出的频率Table 1 the calculatesfre
7、quency ADINA频率阶数123ADINA3.9023.9024.3615结论本文研究了拉索预应力带肋单层球面网壳结构在自由振动作用下结构的频率变化的规律。（1）拉索预应力局部带肋单层球面网壳自振频率密集，还有数个周期相同，这是由于结构有多个对称轴所致。由于频率密集，在网壳地震响应计算时应考虑各阶振型间的相关 性。在用振型分解反应谱法进行动力机算时，若仍采用平方开方公式进行振型耦合则导致误 差较大。（2）拉索预应力局部带肋单层球面网壳以水平振型为主，第一振型一般均为水平振 型，竖向振型和交叉振型也同时存在。网壳振型呈现水平振型与竖向振型参差出现，水平振 型较多。这是由于网壳结构起拱后，其
8、竖向刚度增大而水平刚度减弱的缘故。（3）对地震响应贡献较大的振型出现较晚。而经过对网壳振型分析，网壳结构第一 振型均为反对称振型，对地震响应贡献较大的对称振型出现较晚，所以采用振型分解法计算 网壳地震响应时，不能仅取前几个模型，至少应取前 20 阶振型进行组合，否则计算结果不 安全。对复杂大跨度网壳，还需取超过 20 阶振型响应进行组合。（4）拉索预应力局部带肋单层球面网壳的基频随矢跨比的增大而增大，它的基频随 屋面荷载的增大而减小。参考文献1 肖建春,马克俭.预应力局部单双层浅网壳结构的几何非线形稳定分析.空间结构,2003.6 第 9 卷第 2 期2 肖建春,曹心明,马星,聂建国,马克俭.
9、预应力局部单双层扁网壳的参数分析与近似优化3 姚建锋,余建国,高博青,董石麟.预应力加肋网壳结构的动力性能分析.空间结构,2002.9 第 8 卷第 3 期4 肖建春,聂建国,马克俭,董石麟.柱顶预应力局部单双层浅网壳结构的结构分析,清华大学学报（自然科学 版）2002.42（SI）105-1085 陈务军,董石麟,付功义,龚景海,何艳丽. 凯威特型局部双层网壳结构特性分析.空间结构,第 7 卷第 1期,2001.3:25-326 张年文, 董石麟, 黄业飞, 赵阳. 考虑几何非线性影响的单层网壳优化设计. 空间结构, 第 9 卷第 1期,2003.3:31-447 肖建春,曹新明,马星,聂建
10、国,马克俭.预应力局部单双层扁网壳的参数分析与近似优化. 建筑结构学报，第27 卷第 1 期,2006.2:117-1238 沈炎祖,陈扬骥.网架与网壳M.上海,同济大学出版社,1997:190195Based on ADINA single-layer spherical surface network shell natural characteristic researchShao Yongbao, Zhang NingningDepartment of Structure Engineering ,LiaoNing Technical University,Fuxin (123000)
11、AbstractThis article main analysis dragline pre-stressed belt rib monolayerspherical surface network shell natural characteristic, takes theresearch key by the most commonly used K6 net shellmechanicalanalysis. When carries on the analysis computation, has consideredthree kind of arrows cross ratios
12、, one kind of cloth rope plan and onecloth rib way to the structure power performanceinfluence. First, hascarried on the free vibration analysis using finite element softwareADINA to thepartial double-decked net shell structure, discovered dragline pre-stressed partial belt rib monolayer spherical s
13、urfacenetwork shell base frequency crowded, level inspiring are more, afterthis is because the net shell structure arch , its vertical rigidityincreases the reason which but the horizontal rigidity weakens.Keywords: prestressed single-layer lattice shell with ribs; natural frequency; natural performance;stiffness; Mechanical analysis作者简介：邵永宝，男，1981 年生，硕士研究生，主要研究方向是钢管混凝土结构、钢结构，网壳。 张宁宁，男，1982年生，硕士研究生，主要研究方向是钢结构，网壳。