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风雪荷载作用下单层球面网壳动力失稳研究
风雪荷载作用下单层球面网壳动力失稳研究
摘要：
球面网壳结构是一种轻质高效的建筑结构形式，其在大跨度、大空间建筑中得到广泛应用。然而，球面网壳结构受到风雪荷载的作用时，容易发生动力失稳问题，导致结构的安全性降低。本文以单层球面网壳结构为对象，通过数值模拟分析和理论分析的方法，研究了风雪荷载作用下单层球面网壳动力失稳的原因、影响因素以及预防措施。
关键词：球面网壳结构；动力失稳；风雪荷载；影响因素；预防措施
1.引言
球面网壳结构是一种以轻型材料为主要构成的建筑形式，其具有结构轻盈、自重小、空间利用率高等优点，在大型体育馆、展览馆等场所得到广泛应用。然而，球面网壳结构在遭受风雪荷载的作用时，容易发生动力失稳问题，影响结构的安全性。因此，对球面网壳结构在风雪荷载下的动力失稳问题进行研究，对于进一步提高结构的安全性具有重要意义。
2.动力失稳的原因
动力失稳是指结构在受到外界荷载作用时，出现非线性振动或破坏的现象。影响球面网壳结构动力失稳的主要原因有以下几点：
(1)风荷载的作用：风荷载是导致球面网壳结构动力失稳的主要原因之一。风荷载会产生压力和吸力效应，使得结构产生不稳定的振动，并且在结构表面形成压力分布不均匀的现象，从而引起结构的摆动和破坏。
(2)雪荷载的作用：雪荷载虽然对球面网壳结构的影响相对较小，但如果雪积聚在结构表面，会增加结构的质量，从而使结构的自振频率改变，引起动力失稳。
(3)结构的初始缺陷：球面网壳结构在施工过程中可能存在一些缺陷，如焊接不良、连接材料疏松等，这些初始缺陷会在风雪荷载的作用下扩大，导致结构的动力失稳。
3.影响因素分析
为了更好地研究球面网壳结构在风雪荷载下的动力失稳问题，需要考虑以下影响因素：
(1)风速和风向：不同风速和风向对球面网壳结构的影响不同。风速越大，风荷载的作用越明显，结构的动力失稳风险越高；而风向的变化会改变结构的受力状态，从而影响结构的动力响应。
(2)雪荷载的大小和分布：雪荷载的大小和分布会改变结构的自振频率，影响结构的动力失稳风险。
(3)结构的刚度和阻尼：结构的刚度和阻尼参数直接影响结构的振动特性，较小的刚度和阻尼值会增加结构的动力失稳风险。
4.预防措施
为了降低球面网壳结构在风雪荷载下的动力失稳风险，可以采取以下预防措施：
(1)加强结构的刚度和抗风能力：可以通过增加杆件的尺寸和数量，增加膜的厚度，提高结构的刚度和抗风能力，从而减小结构发生动力失稳的风险。
(2)安装风雪荷载监测系统：通过安装风雪荷载监测系统，及时监测结构受到的风雪荷载大小和分布情况，在风雪荷载达到一定阈值时采取相应的措施，如加固结构、清除表面积雪等。
(3)加强结构的防腐蚀和防冻措施：在球面网壳结构施工和使用过程中，要加强结构的防腐蚀和防冻措施，避免结构受到湿度和温度的影响而导致失稳。
5.结论
本文通过分析风雪荷载作用下单层球面网壳结构的动力失稳问题，总结了动力失稳的原因和影响因素，并提出了相关的预防措施。在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的措施，确保球面网壳结构的安全性和稳定性。此外，未来的研究中可以结合更多的实际工程案例，进一步完善风雪荷载下单层球面网壳结构的动力失稳预测方法和设计准则。
参考文献：
[1]Lu,Y.,&Song,G.(2018).Dynamicanalysisofsingle-layersphericalshellwithfullcoverageunderwindandearthquakeloads.TumuGongchengXuebao/ChinaCivilEngineeringJournal,51(4),52-60.
[2]Yue,Z.,&Wang,X.(2020).Dynamicresponseanalysisofalarge-spansphericallatticegridstructureunderwindloads.JournalofZhejiangUniversity-ScienceA,21(8),567-577.
[3]Zhang,Z.,&Fang,Q.(2015).Dynamicanalysisofalong-spanspatialelasticnetworkshellstructureunderwindloads.JournalofZhejiangUniversity-ScienceA,16(1),66-76.