铝合金板式节点刚度对网壳稳定性能影响研究

铝合金板式节点网壳是一种典型的半刚性节点网壳。采用ANSYS有限元软件对铝合金板式节点网壳弹塑性稳定性能进行了有限元分析。建立了考虑节点刚度的杆件单元模型。采用Combin39单元对节点非线性弯曲刚度进行模拟。分析了节点刚度对网壳失稳模态、应力分布和极限承载力的影响。研究发现,节点的非线性弯曲刚度对网壳整体稳定性能具有削弱作用,其削弱作用随着网壳矢跨比的减小而加大。最后,为了了解节点刚度四折线模型中各参数对网壳稳定性能的影响而进行了参数分析。研究表明,网壳极限承载力随着滑移弯矩和嵌固刚度的减小而降低,而其它节点刚度参数的影响可以忽略。     

节点半刚性对K6单层木网壳稳定性能的影响

随着装配式木结构建筑的广泛应用,节点装配化等设计理念也在不断发展。木空间结构作为一种可供选择的结构形式日益受到关注。通常在网壳结构分析及设计过程中,节点连接均被假定为完全刚接或理想铰接,但实际网壳结构所应用的装配式节点多为半刚性节点。因此上述假定不能真实反映结构受力性能,造成结构设计偏不安全或偏保守。与此同时,网壳结构的稳定性是网壳结构设计中的关键问题,而已有成熟的且适合装配化的木网壳结构设计并不常见。为探究节点半刚性对木网壳稳定性能的影响,设计一种适合装配化的新型填板式木网壳节点将其应用于K6单层木网壳中。通过试验手段和数值模拟方法分析节点抗弯工作机理,发现节点抗弯性能具有典型半刚性特征,并提出设计中可供借鉴的四折线抗弯刚度模型。基于节点试验数据,通过ANSYS软件建立单层球面木网壳数值模型,并对该木网壳数值模型的整体稳定承载力进行参数分析。分析结果表明:所提出节点构成的木网壳整体稳定承载力随矢跨比数值、节点刚度的增大而提高,随几何初始缺陷幅值、半跨活荷载比值的增大而降低。综上所述,本文提出了一种适合装配化的新型填板式木网壳节点,通过试验和数值模拟探索其抗弯刚度,并且在木网壳结构体系中提供了系统的稳定性能分析,为今后类似节点的工程运用埋下了基础。     

铝合金板式节点网壳稳定承载力试验研究

为研究铝合金板式节点刚度对单层球面网壳整体稳定性能的影响,制作一个跨度为8m、矢高为0.5m的K6型网壳模型,对网壳顶点施加4次单向循环荷载。试验结果表明,加载初期网壳表现出超刚性特征,即其刚度大于刚接节点网壳刚度;而后的节点螺栓滑移变形会降低网壳刚度,螺栓滑移引起的网壳变形很大且不可恢复。网壳的失稳属于整体跳跃失稳,但网壳屈曲后可继续承载,且荷载可进一步增大。最后一次单向循环加载时网壳因顶点杆件下翼缘的拉裂而破坏。另外,随着循环荷载逐级增大,网壳再加载初始刚度都有一定弱化。采用ANSYS有限元软件建立网壳分析模型,采用BEAM 188单元和COMBINE 39单元模拟考虑节点半刚性的铝合金板式节点网壳杆件,节点弯矩-转角关系曲线采用四折线模型,有限元分析结果与试验结果吻合较好。     

北京新机场装配式单层铝合金网壳结构整体稳定性能研究

以北京新机场装配式单层铝合金网壳结构作为研究对象,建立了其装配式节点——板式节点及考虑节点性能的单层铝合金网壳的有限元模型,分析了板式节点的力学性能及节点性能对单层铝合金网壳稳定性能的影响。研究表明：板式节点刚度良好,破坏表现为不锈钢拉铆钉剪切破坏、连接板拉剪破坏和杆件在螺栓孔处承压破坏;北京新机场装配式单层铝合金网壳结构的整体稳定性能良好,承载力约为刚接网壳结构的90%,满足JGJ 7—2010《空间网格结构技术规程》的要求;由于铝合金材料无明显的屈服台阶,弹性模量较小,考虑几何非线性和材料非线性的稳定承载力比仅考虑几何非线性的稳定承载力降低约30%,结构发生弹塑性失稳,结构失稳形态表现为网壳结构在靠近长轴右端出现凹陷。     

K6型单层球面木网壳整体稳定性能研究

为了研究K6型单层球面半刚性木网壳结构的整体稳定性能，基于欧洲规范EN 1995-1-1中相关公式，计算销轴类紧固件滑移刚度及承载力，确定实际工程中常用的插板式节点的简化弯矩-转角曲线，并在ANSYS软件中采用COMBIN39非线性弹簧单元模拟节点的抗弯半刚性，通过有限元分析研究不同参数对一阶线性屈曲系数、考虑初始缺陷的弹性及弹塑性极限承载力系数，以及塑性折减系数的影响。单一变量参数分析结果表明，高跨比、跨度、截面尺寸和初始缺陷对稳定承载力影响很大，实际节点紧固件的布置模式减小了节点刚度的变化幅度，限制了节点半刚性的影响。通过变化参数得到的6 480个算例，统计不同高跨比和节点刚度折减系数下的塑性折减系数，其值均小于钢网壳规范建议值(0.47)。     

考虑蒙皮和节点刚度的铝合金网壳稳定性

为明确蒙皮效应和节点半刚性对铝合金单层球面网壳静力稳定性的影响,运用有限元软件建立了一个125 m跨度的结构模型。首先通过数值模拟确定了初始缺陷和材料非线性对网壳稳定性能的影响,并在此基础上考虑蒙皮效应和节点半刚性进行对比分析。分析结果表明:蒙皮效应可以显著提高铝合金单层网壳静力稳定承载力,并改变结构屈曲模态,考虑节点半刚性会大幅降低网壳极限承载力,当同时考虑蒙皮和节点刚度时,该网壳稳定性能基本不变。     

铝合金板式节点平面内抗弯刚度研究

铝合金板式节点是典型的半刚性节点,其在网壳平面内的抗弯刚度对网壳杆件的稳定承载力影响很大。首先基于组件法的思想推导出了节点在各受力阶段的平面内弯曲刚度以及所对应的临界弯矩值,然后建立数值模型,对铝合金板式节点的网壳平面内抗弯刚度进行模拟,最后在数值分析结果的基础上,拟合得到了节点的弯曲刚度公式,并提出了平面内抗弯刚度的四折线模型。弯曲刚度公式与数值分析结果吻合良好,表明公式具有较高精度。     

铝合金球面网壳结构弹塑性稳定性研究

对铝合金球面网壳结构弹塑性稳定性能进行有限元研究,分析了网壳的失稳模态、变形、应力分布和极限承载力。通过参数分析,了解跨厚比、矢跨比、杆件长度、材料非线性、荷载分布模式、支承条件和初始缺陷对铝合金球面网壳整体稳定承载力的影响。最后,提出了铝合金球面网壳稳定承载力的安全系数设计方法。结果表明:对于铝合金球面网壳,JGJ 7—2010《空间网格结构技术规程》给出的安全系数K=4.2偏大。     

铝合金柱面网壳结构弹塑性稳定性研究

对铝合金柱面网壳结构弹塑性稳定性进行了系统的研究,设计了符合实际工程应用的55例铝合金柱面网壳。通过ANSYS有限元软件对柱面网壳进行弹塑性全过程分析,分析了跨厚比、矢跨比、材料非线性、荷载分布模式和初始缺陷对柱面网壳整体稳定承载力的影响。根据初始缺陷不同、作用荷载不同等设计了660例柱面网壳,并对其进行有限元分析,提出了柱面网壳弹塑性整体稳定设计方法。     

中心环-套筒节点单层网壳结构稳定性研究

将装配式节点中心环-套筒节点引入到K8单层网壳结构中,建立装配式单层网壳结构数值模型。研究中心环-套筒节点单层网壳静力稳定性能,并与刚接单层网壳结构进行比较。讨论矢跨比和跨度对结构整体稳定性能的影响。研究结果表明:最大适用跨度下中心环-套筒节点单层K8球面网壳稳定承载力约为刚接结构的62%。随矢跨比的增大,装配式单层网壳结构稳定承载力增大,结构稳定承载力随着跨度的增大而减小。     

屋面系统对单层球面网壳稳定性及地震响应的影响研究

单层球面网壳的静力稳定性及抗震性能已经取得较为系统的研究成果,但在传统的研究方法中,学者们只考虑结构部分,忽略了屋面板、吊顶、隔墙等非结构构件的影响;其中,屋面系统作为一类非结构构件,其平面刚度较大、在动力荷载下的阻尼也较大的特点会在一定程度上影响结构的受力特性。因此,选取考虑屋面系统的单层球面网壳作为研究对象,开展屋面系统对于单层球面网壳弹塑性稳定性及抗震性能的影响研究。采用有限元分析软件ABAQUS分别建立带屋面系统单层球面网壳和传统单层球壳的数值模型;通过弧长法分别对两种模型进行均布荷载作用下的非线性数值模拟,对比分析屋面系统对单层球面网壳弹塑性稳定承载力的影响;对考虑屋面系统的网壳结构进行不同地震荷载作用下的时程动力分析,采用基于响应的分析方法,考察屋面系统对于网壳结构抗震性能的影响,得到屋面系统会显著提高网壳整体刚度、增强结构抗震能力的结论;本研究可为以后网壳结构的理论研究及工程实践提供一定的参考。     

K6型单层球面木网壳稳定承载力非线性分析

针对4组不同节点构造、矢跨比的木结构网壳试验模型,采用ANSYS软件中的Beam189非线性梁单元模拟连接节点的半刚性特征,开展基于多段梁模型的网壳承载力全过程非线性有限元分析。通过对比有限元与试验结果在荷载 位移全过程曲线、破坏模式以及极限承载力等方面的吻合度,判断多段梁方法在木结构网壳稳定性分析上的可行性。研究发现：多段梁方法与试验结果较吻合,多段梁分析方法可有效揭示木网壳的破坏机理;矢跨比是影响单层木网壳破坏形式的主要因素,大矢跨比易出现强度破坏,小矢跨比易出现稳定破坏,节点刚度对小矢跨比模型的影响程度更加明显;弹塑性分析时,木结构网壳的极限承载力建议按弹性多段梁有限元分析承载力的40%取值。研究成果以期为木网壳非线性稳定承载力的进一步研究提供借鉴。     

Elasto-plastic stability of single-layer reticulated shells

Investigation of elasto-plastic stability of reticulated shells has gradually become more and more attractive to researchers. However, the analysis of the elasto-plastic stability is much more complicated than the elastic analysis, because of the involvement of both the geometrical nonlinearity and the material nonlinearity and the interactions of the two. Taking into consideration of material nonlinearity, the elasto-plastic stability behaviour of reticulated shells will be significantly different, which can only be revealed by large amount of geometrically and material nonlinear analysis of the structures. The elasto-plastic stability of seven types of commonly used single-layer reticulated shells (Kiewitt-8, Kiewitt-6, Geodesic, Schwedler Bidirectional, Schwedler Monoclonal, Sunflower, and Radial Rib) was investigated systematically with ANSYS, in which more than 2000 cases of geometrically and material nonlinear analysis were conducted with different initial geometrical imperfections, geometrical, structural and load parameters. Based on the analytical results and via comparison between elastic and elasto-plastic buckling loads, the plasticity influence coefficients were summarized for each type of the reticulated domes. These coefficients can be used to predict accurately the elasto-plastic buckling load in design practice of the reticulated domes, which is an easy way for designers to evaluate stability of the reticulated shells.     

基于离散单元法的单层网壳结构冲击破坏#br# 数值模拟研究

基于传统离散单元法的接触模型,通过能量守恒定律推导适用于杆系结构的离散元模型接触刚度。将分层梁理论引入到离散单元法中,给出接触的塑性判断准则以及推导接触进入塑性后的刚度系数,从而可以应用离散元方法解决杆系结构的弹塑性问题。通过定义离散单元法基于应变的断裂准则,将其应用于解决杆件的断裂问题。选取适用于碰撞问题的赫兹模型,给出赫兹模型刚度的设置方法。最后应用改进后的离散单元法对单层网壳冲击试验进行了考虑弹塑性、断裂、碰撞的全过程模拟,验证了该方法的正确性。并对Kiewitt单层球面网壳单点冲击和多点冲击进行数值模拟研究,分析了单点和多点冲击下单层网壳的破坏模式、冲击力、节点位移和支座反力的异同点。     

非对称荷载对大跨度非规则单层网壳结构性能的影响

以某大跨度非规则单层网壳为研究背景,应用ANSYS通用有限元分析软件对网壳结构进行了建模并重点模拟了风荷载、雪荷载、温度效应等多种非对称荷载作用,进行了静力分析、特征值屈曲分析以及非线性稳定分析。得到了网壳结构在15种典型荷载组合下的内力、位移结果,分析了非对称荷载对网壳结构静力性能的影响;考虑了几何非线性、材料非线性、初始缺陷,得到了网壳结构在非对称荷载作用下的稳定系数,分析了非对称荷载对网壳结构稳定性能的影响。强调指出非对称荷载作用在大跨度单层网壳结构设计中的重要性,为大跨度非规则单层网壳设计提供参考。     

某大跨单层网格钢结构稳定性研究

东方艺术中心玻璃幕墙单层网格钢结构支撑体系由形似花瓣的5个独立的椭球形单层网格杆系(立柱、横杆、支撑及索网)结构组成,此网格结构作为墙体垂直放置,比较特殊。对该结构进行线性稳定、无初始缺陷结构非线性稳定和有初始缺陷结构非线性稳定分析。竖向放置的网格钢结构的失稳模态为结构中下部压溃失稳,风向对稳定极限荷载有影响。宜采用弹塑性极限荷载来评价结构,同时考虑初始缺陷的影响。     

东莞市科技馆单层球面网壳设计与分析

介绍了东莞市科技馆单层球面网壳的设计过程,对网壳进行了线性稳定分析、几何非线性稳定分析以及考虑材料非线性的弹塑性稳定分析,并研究了网壳的大开孔和支座形式等因素对其极限承栽力的影响,得出了一些可供工程实际参考的结论。     

常州市体育馆椭圆抛物面弦支穹顶稳定性研究

常州市体育馆椭圆抛物面钢屋盖采用由Levy索杆系和单层网壳构成的弦支穹顶结构,与已研究的常规弦支穹顶相比,其具有体量大,矢跨比高和外形为椭圆抛物面的特点。将弦支穹顶与单层网壳进行稳定性对比研究,包括构件屈曲、线性屈曲和几何非线性屈曲等,分析了高矢跨比弦支穹顶中索杆系的作用以及对结构设计起控制作用的破坏形式。研究结果表明,索杆系增加了弦支穹顶的整体性,降低了其对初始几何缺陷的敏感性,但对结构刚度、基本自振周期和模态、构件屈曲荷载、线性屈曲荷载、无初始缺陷的非线性屈曲荷载、屈曲模态等影响不大。高矢跨比弦支穹顶仍对初始缺陷较为敏感,稳定性仍是结构设计控制因素之一。此外,由于椭圆抛物面外形,活荷载布置形式对结构屈曲模态影响较大,且满跨活荷载并不一定是最不利的活荷载布置形式。