[分享]如何在3D3S中给网壳结构加入初始缺陷
由于单层网壳和厚度较小的双层网壳存在整体失稳的可能性，因此根据空间网格结构规程（JGJ 7-2010）中对于网壳结构稳定性的要求，在进行网壳结构设计时，需要先对结构添加一个初始的缺陷，然后进行非线性稳定分析。
3D3S软件提供了对于网壳结构进行稳定性计算的功能，对话框如图1所示，可对结构进行线性稳定分析和有缺陷的非线性稳定分析。网壳缺陷的定义功能可根据JGJ 7-2010中对于缺陷计算的要求，由结构的一阶屈曲模态得到并添加到结构中。
图1
如图2所示单层施威德勒型网壳，跨度为20m，网壳表面均布0.3KN/M2的恒载，同时在半跨上布置0.5KN/M2的活荷载，如图3所示。根据JGJ 7-2010的要求，缺陷应取为网壳跨度的1/300，使用3D3S软件进行缺陷稳定分析的步骤如下：第一步在图1所示对话框中勾选“缺陷定义”，跨度参数根据网壳跨度取为20；第二步取“跨度/缺陷最大值”参数为1/300；第三步勾选“非线性分析”，根据JGJ 7-2010的要求需要取安全系数K=4.2，因此在荷载系数取5；第四步在组合对话框中添加需要进行稳定分析的组合，根据规范要求取为恒载与活载的标准组合。
图2：单层威德勒型网壳
图3 荷载布置
软件中对于网壳结构缺陷的添加使用的是位移叠加的方法，即将结构的一阶模态位移叠加到节点的初始坐标上，因此我们也可以使用对节点坐标进行调整的方法来得到带有初始缺陷的网壳结构，具体操作如下：
一、对结构进行线性稳定分析，然后打开线性模态位移表格，选择对话框如图4所示，其中的工况0为灰色表示该工况下的屈曲模态均为负，已被过滤；由于我们只需要第一模态的节点位移，因此只需要勾选标准组合的模态1就可以了。生成的模态位移表格如图5所示，显示模态位移表格后，将表格输出为Excel表格。
图4 线性模态选择对话框
图5 线性模态位移表格
二、在第一模态的位移表格中，使用Excel的功能分别对x、y和z向位移进行排序，找到所有节点各方向位移的最大值，根据规范要求取网壳缺陷为结构跨度的1/300，因此结构缺陷为67mm，则一阶模态位移需要放大的倍数为，在Excel表格中将x、y和z向位移均放大1650倍，得到各节点的坐标调整值。
图6 一阶模态节点位移
三、使用3D3S软件提供的节点信息查询修改功能，打开如图7所示对话框。首先将各节点坐标输出为Excel表格，并将第二步中得到的节点坐标调整值叠加到对应的节点坐标上，得到增加缺陷后的节点坐标，最后将调整后的节点坐标粘贴回节点查询对话框即得到了已经添加了初始缺陷的网壳模型。
图7 节点坐标表格
使用上面所述的方法即可给网壳结构添加初始缺陷，但需要注意的一点是通过修改节点坐标的方式给结构添加缺陷后，就不能再勾选定义缺陷的选项框了，因为两种方式所起到的作用是相同的，如果勾选了定义缺陷的选项框，则会出现缺陷重复定义的情况，这样将使结构的非线性稳定计算结果出现较大的误差。
通过修改坐标的方式来给结构添加初始缺陷不仅适用于3D3S，同时还适用于其他结构分析软件，另外，使用3D3S软件自动添加的缺陷的功能只能给结构添加第一模态形式的缺陷，当需要其他模态的缺陷时，则只能使用这种修改坐标的方法来进行添加了。
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