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穩(wěn)定性是網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)（尤其是單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)）分析設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問(wèn)題。在設(shè)計(jì)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)時(shí)，除了按常規(guī)設(shè)計(jì)規(guī)范驗(yàn)算網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)構(gòu)件強(qiáng)度、穩(wěn)定性及結(jié)構(gòu)剛度外，還應(yīng)該進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性以及對(duì)初始缺陷的敏感性驗(yàn)算[2]。本文對(duì)影響網(wǎng)殼穩(wěn)定性的因素和研究方法做了綜述，從而有助于設(shè)計(jì)人員對(duì)網(wǎng)殼穩(wěn)定性的研究。 
　　【關(guān)鍵詞】網(wǎng)殼；穩(wěn)定性；缺陷 
　　網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能可能從其荷載-位移全過(guò)程曲線中得到完整的概念。結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)（屈曲）類型分為兩種：一種是極值點(diǎn)屈曲，另一種是分枝點(diǎn)屈曲，其中分枝點(diǎn)屈曲又分為穩(wěn)定分枝點(diǎn)屈曲和不穩(wěn)定分枝點(diǎn)屈曲。 
　　網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)根據(jù)不同的曲面形式對(duì)初始缺陷的敏感程度不同。對(duì)初始缺陷敏感的網(wǎng)殼，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定承載力會(huì)因?yàn)槌跏既毕莸拇嬖诙档?，同時(shí)，初始缺陷還會(huì)導(dǎo)致分枝屈曲問(wèn)題轉(zhuǎn)化極值點(diǎn)屈曲問(wèn)題。分枝點(diǎn)屈曲只發(fā)生在理想完善的結(jié)構(gòu)，實(shí)際結(jié)構(gòu)都是有初始缺陷的，所以其失穩(wěn)都極值點(diǎn)屈曲而不是分枝點(diǎn)屈曲。 
　　網(wǎng)殼失穩(wěn)模態(tài)有很多種類型，通常有兩種分類方法：一種是根據(jù)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)時(shí)，結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的變形范圍可以分為局部失穩(wěn)和整體失穩(wěn)；另一種是根據(jù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)時(shí)，構(gòu)件是否發(fā)生塑性變形可以分為彈性失穩(wěn)和塑性失穩(wěn)。 
　　局部失穩(wěn)就是結(jié)構(gòu)在荷載作用下失穩(wěn)時(shí)，如果只有某個(gè)或某些局部區(qū)域結(jié)構(gòu)偏離了初始平衡位置的失穩(wěn)變形，而其他區(qū)域沒(méi)有發(fā)生偏離初始平衡位置的變形。結(jié)構(gòu)的局部失穩(wěn)又可以分為局部節(jié)點(diǎn)失穩(wěn)和局部桿件失穩(wěn)，局部節(jié)點(diǎn)失穩(wěn)主要表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)局部一個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)偏離了其初始平衡位移，這種節(jié)點(diǎn)的偏離平衡位置有兩種，第一種是節(jié)點(diǎn)仍在它初始平衡位置上，但節(jié)點(diǎn)已經(jīng)出現(xiàn)了繞某個(gè)自身軸的轉(zhuǎn)動(dòng)變形，這樣的轉(zhuǎn)動(dòng)變形有可能會(huì)造成連接在此節(jié)點(diǎn)上的桿件彎曲變形。第二種是節(jié)點(diǎn)偏離了它的初始平衡位置。局部失穩(wěn)一般容易發(fā)生在結(jié)構(gòu)整體剛度分布不均勻，存在較薄弱的區(qū)域或者在結(jié)構(gòu)上某區(qū)域作用過(guò)大的集中荷載。 
　　整體失穩(wěn)就是結(jié)構(gòu)在荷載作用下失穩(wěn)時(shí)，結(jié)構(gòu)的大部分或幾乎整個(gè)結(jié)構(gòu)都偏離了初始平衡位置的失穩(wěn)變形。結(jié)構(gòu)的整體失穩(wěn)表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)大面積凸起或凹下去，或出現(xiàn)條形起伏或波浪形的變形。整體失穩(wěn)一般容易發(fā)生在結(jié)構(gòu)整體剛度較均勻，沒(méi)有局部薄弱區(qū)域，結(jié)構(gòu)也沒(méi)有局部區(qū)域荷載過(guò)大。 
　　影響網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的因素很多，而且這些因素還相互影響，以至于網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)問(wèn)題變得非常復(fù)雜。研究表明可能導(dǎo)致網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的因素主要包括：結(jié)構(gòu)的初始缺陷、結(jié)構(gòu)形狀及曲率、網(wǎng)格體系及其密度、結(jié)構(gòu)整體剛度、節(jié)點(diǎn)剛度、荷載分布模式、結(jié)構(gòu)邊界約束條件及結(jié)構(gòu)的非線性特征[6]。 
　　根據(jù)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定分析所采用的初始缺陷模態(tài)的不同，當(dāng)前網(wǎng)殼缺陷結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性分析方法有三種：隨機(jī)缺陷模態(tài)法、一致缺陷模態(tài)法以及缺陷模態(tài)迭代法。 
　?。?）隨機(jī)缺陷模態(tài)法 
　　結(jié)構(gòu)的初始安裝誤差受各種因素如安裝設(shè)備、施工程序、工人的熟練程度和測(cè)量技術(shù)的影響。因此，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的安裝誤差具有很大的隨機(jī)性，且其分布形式和大小都無(wú)法事先預(yù)測(cè)。由于驗(yàn)收規(guī)范的限定和施工目標(biāo)，結(jié)構(gòu)的實(shí)際幾何構(gòu)成與設(shè)計(jì)中理想的幾何構(gòu)形接近，所以可以認(rèn)為隨機(jī)分布的初始幾何缺陷服從正態(tài)分布。隨機(jī)缺陷模態(tài)法是把結(jié)構(gòu)的初始缺陷看作一個(gè)多維的隨機(jī)變量，結(jié)構(gòu)的一種初始缺陷模態(tài)對(duì)應(yīng)其樣本空間中一個(gè)樣本。 
　　隨機(jī)缺陷模態(tài)法是取一定容量（如N個(gè)）的隨機(jī)缺陷樣本，賦予相同的缺陷幅值并對(duì)缺陷結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體穩(wěn)定分析，并跟蹤計(jì)算缺陷結(jié)構(gòu)的全過(guò)程荷載-位移曲線，從而得出各種缺陷作用下結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定極限荷載，結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定的臨界荷載或極限荷載是由N個(gè)隨機(jī)缺陷模態(tài)樣本分析得到的最小極限荷載。 
　　隨機(jī)缺陷模態(tài)法可以較為真實(shí)的涵蓋實(shí)際結(jié)構(gòu)的不同缺陷分布模式，但要對(duì)不同缺陷分布的結(jié)構(gòu)進(jìn)行反復(fù)計(jì)算，工作量大，不適用于實(shí)際工程。 
　?。?）一致缺陷模態(tài)法 
　　一致缺陷模態(tài)法是采用最低階（第1階）屈曲模態(tài)來(lái)模擬結(jié)構(gòu)初始缺陷分布。屈曲模態(tài)是結(jié)構(gòu)屈曲時(shí)的位移增量模式。結(jié)構(gòu)最低階屈曲模態(tài)也就是結(jié)構(gòu)最低階臨界點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的屈曲模態(tài)，也是勢(shì)能最小的變形模態(tài)。如果網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的初始缺陷分布形式剛好與最低屈曲模態(tài)相對(duì)應(yīng)，這種分布形式是對(duì)結(jié)構(gòu)受力性能影響最不利的。 
　　假設(shè){}為結(jié)構(gòu)整體線性的第一階屈曲模態(tài)，為{}中絕對(duì)值最大的元素，即 （1-1），則，一致缺陷模態(tài)法中結(jié)構(gòu)的初始幾何缺陷{}為（1-2）。 
　　結(jié)構(gòu)在不同的荷載組合作用下，整體線性的第一階屈曲模態(tài)應(yīng)該是不同的，所以要對(duì)不同的荷載組合作用下對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的整體穩(wěn)定分析。特別要注意的是，如果結(jié)構(gòu)的第一階臨界點(diǎn)有重臨界點(diǎn)，則會(huì)有兩個(gè)或多個(gè)屈曲模態(tài)與之相對(duì)應(yīng)，所以要用兩次或多次一致缺陷模態(tài)法對(duì)缺陷結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體穩(wěn)定分析，所得最小的荷載因子為缺陷結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定臨界荷載因子。 
　?。?）缺陷模態(tài)迭代法[3] 
　　從已有的研究成果可以看出，在相同的缺陷幅值下，一定存在一種缺陷模式，與缺陷結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定的最小臨界荷載相吻合。在確定的缺陷幅值下，缺陷結(jié)構(gòu)后屈曲平衡路徑越陡峭，其結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定臨界荷載越小。當(dāng)結(jié)構(gòu)的缺陷模態(tài)與最陡峭的后屈曲平衡路徑相對(duì)應(yīng)時(shí)，其臨界荷載為最小臨界荷載，也是整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的臨界荷載或極限承載力。 
　　根據(jù)以上結(jié)論，如果在結(jié)構(gòu)的非線性平衡路徑的線性化迭代計(jì)算過(guò)程中，下一次的迭代計(jì)算中結(jié)構(gòu)缺陷模式與上一次迭代計(jì)算中結(jié)構(gòu)的后屈曲模式吻合，則下一次迭代計(jì)算所得的臨界荷載一般不大于上一前計(jì)算所得的結(jié)果。由此構(gòu)造出的一種迭代計(jì)算方法便叫缺陷模態(tài)迭代法。缺陷模態(tài)迭代法的計(jì)算步驟為： 
　?。?）對(duì)結(jié)構(gòu)非線性屈曲平衡路徑每一荷載步跟蹤計(jì)算，并進(jìn)行整體穩(wěn)定屈曲模態(tài)分析，得出該計(jì)算步的屈曲模態(tài)； 
　?。?）將前一步計(jì)算所得的整體穩(wěn)定屈曲模態(tài)作為一種初始缺陷模式，根據(jù)預(yù)定的缺陷幅值，構(gòu)成結(jié)構(gòu)整體初始幾何缺陷； 
　　（3）將上一步所得的結(jié)構(gòu)整體初始幾何缺陷加在理想完善結(jié)構(gòu)上，得到缺陷結(jié)構(gòu)體系； 
　?。?）對(duì)的缺陷的結(jié)構(gòu)進(jìn)行非線性分析，得到缺陷結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定臨界荷載或極限承載力； 
　?。?）不斷重復(fù)以上幾個(gè)步驟，直到預(yù)定的總步數(shù)，將得到一系列整體穩(wěn)定臨界荷； 
　?。?）考察這系列臨界荷載，取當(dāng)中的最小值作為結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定臨界荷載或極限承載力。 
　　結(jié)束語(yǔ) 
　　近些年來(lái)，隨著數(shù)值計(jì)算技術(shù)、結(jié)構(gòu)分析理論和大容量高速度計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展，以及各種鋼結(jié)構(gòu)的分析理論和設(shè)計(jì)方法的日趨完善。雖然目前的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法已經(jīng)能夠保證鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件在使用和施工過(guò)程的安全性，但是，現(xiàn)在大型復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)體系，由于結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜、規(guī)模龐大、使用環(huán)境和外界作用難以準(zhǔn)確模擬，以及結(jié)構(gòu)在受外荷載作用后所表現(xiàn)出來(lái)的非線性效應(yīng)特征，使設(shè)計(jì)人員難以準(zhǔn)確把握這些大型復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性能，所以就難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)這些結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性能以及可能的失穩(wěn)破壞模式。尤其是隨著新型鋼材在建筑結(jié)構(gòu)中的廣泛應(yīng)用，使結(jié)構(gòu)構(gòu)件變得更加細(xì)和薄，整體結(jié)構(gòu)相對(duì)變?nèi)?，這樣使得大型復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性問(wèn)題變得更為突出，成為這些鋼結(jié)構(gòu)破壞的重要原因之一。