该方法可以得到不同荷载组合或约束条件下网壳结构的优化形状。在上述分析中,节点的垂直坐标没有改变,从而导致图8—4(a)所示的问题,即结构上部杆件的长度小于下部杆件的长度。相反,下部杆件的轴向力远大于上部杆件的轴向力。根据欧拉临界载荷,这是不合理的。下部杆件可能发生屈曲,而上部杆件的应力仍然非常低。连续体结构与网壳结构的主要区别在于,在处理网壳结构时,应认真考虑杆件的失稳问题。杆件的整体优化布局应优先考虑材料的强度。所有杆件同时屈曲是合理的,这样不会浪费材料。一根杆件的屈曲承载力可按公式(8—1)表示。
公式(8—1)中μ为有效长度系数,与连接件的抗弯刚度有关;l表示构件的长度;E和I分别表示弹性模量和面积二阶矩。
不同构件之间的连接可视为半刚性连接,其侧向位移受相邻构件的约束。因此,网壳结构中的构件可视为具有弹性侧向支撑的半刚性梁,如图8—8所示。
柱在临界屈曲条件下的平衡微分方程为公式(8—2)。
公式(8—2)和(8—3)中,x代表沿跨度的坐标,y代表横向节点位移,l表示梁的长度,μ是考虑半刚性约束的梁的有效长度系数。
图8-8 弹性横向支承半刚性梁模型
公式(8—2)的一般解可以给出如下:
系数A~D可通过考虑桩的边界条件得出,其可概括如下:(www.xing528.com)
其中S1和S2是约束的转动刚度,S3是横向刚度。
公式(8—9)可由公式(8—4),代入公式(8—5)、公式(8—6)、公式(8—7)、公式(8—8)得出。然后,通过求解公式(8-9)可得出有效长度系数。
其中,,Z1和Z2是旋转刚度系数,。
网壳结构中各杆件的临界应力应相同,以避免材料浪费。对应于屈曲的临界应力可以通过公式导出。
式中,A是杆件的横截面积。构件的长度可推导如下:
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