半刚性节点单层柱面网壳试验及其稳定性研究

论文摘要

工程设计中,单层网壳的稳定性能一直倍受人们关注,在进行网壳结构稳定性分析时,选择正确的结构计算模型是至关重要的。近年来,人们对刚接单层网壳的弹性稳定性和弹塑性稳定性的研究取得了丰硕的成果。然而,空间结构中的很多节点都是半刚性节点,所谓半刚性节点就是节点具有一定的转动刚度,是介于刚接节点和铰接节点之间的一种节点体系。在工程设计中,它通常被当作铰接节点,认为其不具有抗弯能力,因而不被实际工程所采用。实际上,半刚性节点网壳有很多优点,它构造简单、装配方便、造型美观,具有十分广阔的工程应用前景。目前对半刚性节点单层网壳的稳定性研究还非常有限,对单层网壳整体模型试验开展很少,没有形成可供实际工程参考的理论成果,严重制约了此类网壳的工程应用。螺栓球节点是当前国内外最广泛应用的半刚性节点,本文利用ANSYS有限元软件,系统地阐述了这种半刚性节点网壳的建模方法,建立了半刚性节点单层柱面网壳的有限元分析模型,对模型结构进行了非线性全过程屈曲分析,提取了结构荷载-位移全过程曲线,屈曲模态等信息。进一步开展了半刚性节点单层柱面网壳整体模型的静载试验的研究工作,利用激光全站仪测量了节点的初始缺陷,比较了缺陷模型和理想模型的承载力。得到了此种半刚性节点单层柱面网壳模型在中间节点加载下位移最大节点的荷载-位移全过程曲线,网壳结构的失稳模态,网壳中螺栓球节点的竖向位移以及主要受力杆件的应力-应变变化曲线。通过实验结果与数值模拟结果的对比分析可知,本文提出的半刚性节点网壳的数值模拟方法能够较准确的预测半刚性节点网壳的稳定承载力及其失稳模式,是一种可靠有效的数值模拟方法。从而为螺栓球节点及其它半刚性节点网壳结构的设计与应用提供了分析思路和技术支持。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 网壳结构稳定性分析方法的发展综述
• 1.3 半刚性节点网壳研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 本文的研究内容
• 第2章 单层柱面网壳试验模型设计与试验方案
• 2.1 引言
• 2.2 试验目的
• 2.3 单层柱面网壳整体模型设计与制作安装
• 2.3.1 试验模型与支座设计
• 2.3.2 模型现场组装
• 2.4 单层柱面网壳试验加载方案
• 2.4.1 试验加载装置
• 2.4.2 试验加载方案
• 2.5 单层柱面网壳整体模型试验数据采集方案
• 2.5.1 试验设备和采集系统
• 2.5.2 数据采集方案
• 2.6 杆件初始弯曲和节点偏差测量
• 2.6.1 杆件初始弯曲测量
• 2.6.2 节点初始缺陷测量
• 2.7 材性试验
• 2.8 本章小结
• 第3章 半刚性节点单层柱面网壳数值模拟分析
• 3.1 引言
• 3.2 半刚性节点网壳建模方法
• 3.2.1 有限元非线性静力分析概述
• 3.2.2 半刚性节点建模方法
• 3.3 半刚性节点单层柱面网壳建模
• 3.3.1 单层柱面网壳试验的数值模型建立
• 3.4 柱面网壳数值模拟分析
• 3.4.1 试验模型数值分析
• 3.4.2 缺陷模型与理想模型比较
• 3.4.3 支座形式对计算结果的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 半刚性节点单层柱面网壳试验
• 4.1 引言
• 4.2 半刚性节点单层柱面网壳试验过程
• 4.2.1 试验预载
• 4.2.2 试验加载及现象描述
• 4.3 试验结果与数据处理分析
• 4.3.1 节点位移
• 4.3.2 支座位移
• 4.3.3 杆件应力
• 4.3.4 屈曲模态
• 4.4 试验结果与数值模拟对比分析
• 4.4.1 荷载-位移全过程曲线对比
• 4.4.2 位移形态对比
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢