[发明专利]一种高节点缺陷和构件损伤耐受度的单层网壳结构

说明书

本发明提供的一种高节点缺陷和构件损伤耐受度的单层网壳结构，所述单层网壳结构为螺旋线型单层网壳结构。本发明提供的高节点缺陷和构件损伤耐受度的单层网壳结构结构承载能力强，具有节点缺陷和腐蚀损伤的高耐受性；同时，本申请发现，其发现缺陷和损伤对结构耐受性的影响是耦合作用的，并非线性叠加。

技术领域

本发明属于结构领域，特别涉及一种高节点缺陷和构件损伤耐受度的单层网壳结构。

背景技术

在结构领域、轻盈和大跨越能力的单层网壳长期备受青睐。其最终控制结构承载力的稳定性与其组成：节点，环向和径向构件的性能息息相关。已有研究表明节点的几何缺陷和构件的腐蚀损伤将耦合影响结构的稳定性能，可大幅度降低结构承载力，且其机理较为复杂。人们很容易想到消除节点误差和抵抗腐蚀进程来获得高稳定性能网壳结构。实际上，相对于花费昂贵的代价试图消除节点安装误差，提高防腐级别，甚至加装防腐设备，或者增大节点和构件的强度而言，通过研发新型结构构型，使得结构本身对节点几何缺陷和构件腐蚀损伤的影响最大程度脱敏，在不改变结构用钢量的前提下，改善结构的稳定性能，将是一条节约和可行的思路。

从自然界看，螺旋结构是一种含有生命意义的结构。已有研究表明螺旋结构不仅仅只有造型独特、优美，它同时具有自然赐予的力学性能，使得结构满足优美的艺术造型时兼具有良好的力学性能。已在卢旺达国家会议中心、天津于家堡火车站等螺旋结构工程应用实例也验证该类结构形式的可行性。进一步从网壳结构角度看，将自然界中的螺旋线概念引入传统的单层网壳构型中，进而形成的螺旋线型单层网壳充当结构承载，所承受的节点初始缺陷和构件腐蚀损伤时，是否会与我们预期那样成功脱敏或最大程度脱敏，进而同时拥有自然界赋予的优美外形和独特的结构力学性能，将是值得关注和研究的。

从结构力学和结构破坏模式看，具有可脱敏特质的螺旋线单层网壳的冗余度并不大，非线性较强，一旦出现脆性特征的失稳破坏，后果将非常不利。因此，在实际工程中，为了保证承受一定的载荷和腐蚀损伤的螺旋线单层网壳最大程度的安全性，需要精确预测到其最不利临界荷载。但现有四种方法摄动法，位移扰动法，一致模态法，随机缺陷展开法，“特征缺陷模态法”，“改进一致缺陷模态法，随机模态迭加法，随机缺陷传播算法，自回归模型中，较早的摄动或扰动方法常追求较高精度和效率，由此带来了缺陷范围较为狭窄；忽略或简化节点缺陷随机性的方法常因追求速度而损失部分精度；能考虑节点缺陷随机的高精度方法中，常需要增大样本容量，增加有限元计算次数增多，用以减少方法可能在精度上的损失。为了高效、准确的预测螺旋线单层网壳的最不利临界荷载，本文首次基于响应面法理论，结合随机模态叠加法，针对节点随机缺陷，提出了在网壳结构领域具有一定普适性的改进随机模态叠加法，可精确、高效地获得螺旋线单层网壳最不利临界荷载通过算例研究，获得了一些有趣和有价值的结论：螺旋线型网壳具有对节点缺陷和构件损伤脱敏特质，该结构形式在应用于中、大矢跨比的单层网壳时，外形优美且受力性能良好。

发明内容

技术问题：为了解决现有技术的缺陷，本发明提供了一种高节点缺陷和构件损伤耐受度的单层网壳结构。

技术方案：本发明提供的一种高节点缺陷和构件损伤耐受度的单层网壳结构，所述单层网壳结构为螺旋线型单层网壳结构。

优选地，所述螺旋线型单层网壳结构的模型参数为(n代表设计参数环数)