大型钢网架穹顶结构弹塑性稳定性分析

张洋，陈朝晖,b，杨帅

(重庆大学 a. 土木工程学院；b. 山地城镇建设与新技术教育部重点实验室，重庆 400045)

大型LNG储罐的钢穹顶通常采用单层球面钢网壳结构[1]，加上表面钢筋混凝土后，结构自重近万吨。既有结构分析表明，LNG储罐钢穹顶在穹顶混凝土浇筑过程中存在整体失稳的可能性，其安全性由整体稳定性控制[2]。由于其结构跨度大、结构体系较柔，具有强几何非线性的特性。此外，在空间钢网架穹顶结构受力过程中，钢材可能发生屈服，因此，LNG储罐稳定承载力分析需考虑几何与材料的双重非线性效应。常规屈曲分析主要采用模态干扰，需要先求解结构初始模态，再乘以系数作为结构整体初始位移缺陷，这种分析方法计算量大，也不能反映结构局部缺陷的影响。

结构非线性分析常用方法包括完全拉格朗日列式(TL列式)、更新拉格朗日列式(UL列式)和协同转动格式(CR列式)等，Bathe等[3]提出的空间梁单元UL列式应用较为广泛。UL列式和CR列式考虑了结构构形的变化，其对空间框架结构大变形的描述更为方便，但需减小荷载步增量或增加单元划分数才可获得较高的精度，计算效率较低；对于柔性结构，计算结果可能不合理。Yang等[4]指出，对于满足平衡的单元，如果发生刚体位移，其平衡的结点力将随单元刚体转动而改变方向，但大小不变，单元在当前状态仍然平衡，这就是几何非线性分析的“刚体准则”。Yang等[5-8]、陈朝晖等[9]根据这一准则建立了一系列单元，包括适用于柔性空间框架结构材料-几何双非线性分析的集中塑性铰弹塑性平面和空间梁单元[10-11]，以及与刚体准则相匹配的UL列式非线性增量迭代方法。……