基于能量法的空间钢结构稳定性分析

摘要

能量法因可以避免研究空间钢结构失稳破坏的中间复杂受力分析，所以受到相关研究者的青睐。大跨度空间钢结构是工程中一种重要的结构形式，由于自由度众多，结构失稳破坏过程的应力、应变较复杂，因此从能量的角度分别对空间钢结构屋盖的局部稳定性和整体稳定性进行评判和研究。通过对空间钢结构局部桁架受力性能破坏模式进行分析，建立结构简化力学模型，根据能量守恒原理得出考虑外荷载做功和应变能条件下的总能量方程，利用突变理论推导出了结构局部失稳的临界荷载及临界应力。通过结构健康监测系统中监测数据的反演分析，建立结构整体应变能熵动力学模型，应用突变理论构建了应变能熵值极限状态方程，根据势函数的稳定性判据分析结构整体稳定性。最后将所提方法对实际工程进行分析研究，得出既有空间结构屋盖稳定性较好，能够满足结构安全运维的需要。研究结果表明：结构局部稳定性除与结构材料参数有关外，还与局部长度与管径比有关；空间结构在失稳过程中，应力集中会造成应变能熵值的下降；分析结果与结构现场运维说明结构局部和整体均较稳定。因此，所建立的分析方法，可为空间钢结构稳定性分析提供理论基础。

关键词

能量法 / 空间结构 / 应变能 / 熵 / 突变理论 / 稳定性分析

基金资助

山东省重点研发计划资助项目(No.2021CXGC011204)