新型装配式索支撑空间网格结构力学性能数值模拟研究

发布时间：2017-07-02 10:19

  本文关键词：新型装配式索支撑空间网格结构力学性能数值模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：索支撑空间网格结构是一种适用于玻璃采光顶的新型单层网格结构,具有良好的视觉效果。由于索支撑空间网格结构需考虑钢杆件的连接和拉索的固定,同时又便于施工,常采用螺栓连接的装配式节点。而装配式节点对索支撑空间网格结构整体力学性能有重要影响,目前对装配式索支撑空间网格结构整体力学性能还缺乏研究。本文基于弹簧串联刚度理论,推导了装配式节点的弹簧刚度计算公式,再根据装配式节点的试验结果反算出有限元模型中节点的弹簧刚度,并对弹簧串联模型的正确性进行了验证。本文以椭圆抛物面索支撑空间网格结构为例,基于本课题组已经完成的索支撑空间网格结构新型装配式节点足尺试验模型,详细研究了新型装配式索支撑空间网格结构的静力稳定性能,并与刚接索支撑空间网格结构和传统装配式索支撑空间网格结构进行了比较；分析了矢跨比、网格尺寸和跨度对装配式索支撑空间网格结构稳定性能的影响。研究结果表明：节点刚度过小会引起索支撑空间网格结构的失稳模式发生改变,索支撑空间网格结构失稳模式与结构杆件最大压应力力分布相似,结构凹陷越深,凹陷区域对应杆件内力越大；与刚接索支撑空间网格结构相比,新型装配式及传统装配索支撑空间网格结构稳定承载力和结构刚度有不同程度下降,新型装配式结构的初始刚度、稳定承载力约为刚接结构的80%,传统装配式索支撑空间网格结构初始刚度和稳定承载力比新型装配式结构分别降低15%和8%；矢跨比、网格尺寸及跨度对装配式与刚接索支撑空间网格结构稳定承载力比值影响较小,节点性能对装配式索支撑空间网格结构的稳定性能影响较大。本文通过数值模拟研究了节点刚度、节点极限弯矩和节点塑性极限位移等节点参数对索支撑空间网格结构稳定性能的影响。研究结果表明：节点刚度降低,结构一阶特征值屈曲模式及非线性失稳模式的波数增加,结构失稳模式由整体失稳转变为局部破坏,结构的刚度和稳定承载力下降；随着节点极限弯矩增大,结构的稳定承载力提高,但提高程度有限；节点的塑性极限位移对结构稳定承载力影响较小,节点的塑性极限位移越小,结构的延性越差。建议索支撑空间网格结构装配式节点的面外转动刚度不小于刚接节点的20%,装配式节点面外极限弯矩不小于刚接节点的30%。最后,给出了装配式椭圆抛物面索支撑空间网格结构整体稳定承载力估算公式。
【关键词】：装配式节点 稳定性 空间网格结构 半刚性节点 单层网壳
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU399
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 选题背景10-12
• 1.2 装配式单层空间网格结构研究现状12-14
• 1.3 索支撑空间网格结构研究现状14-15
• 1.4 本文主要工作15-16
• 参考文献16-20
• 第二章 新型装配式索支撑空间网格结构整体模型研究20-36
• 2.1 新型装配式节点介绍20-25
• 2.1.1 新型装配式节点构造20-21
• 2.1.2 新型装配式节点试验简介21-23
• 2.1.3 新型装配式节点性能23-25
• 2.2 装配式索支撑空间网格结构整体模型研究25-33
• 2.2.1 装配式节点有限元模型25-26
• 2.2.2 装配式节点弹簧刚度26-28
• 2.2.3 装配式节点有限元模型验证28-33
• 2.3 本章小结33-34
• 参考文献34-36
• 第三章 新型装配式索支撑空间网格结构静力性能研究36-58
• 3.1 结构形式及构件尺寸36-38
• 3.1.1 模型说明36
• 3.1.2 构件选择基本原则36-37
• 3.1.3 结构形式与构件尺寸37-38
• 3.2 设计荷载作用下的静力分析38-43
• 3.2.1 第1号索支撑空间网格结构静力分析38-39
• 3.2.2 第2号索支撑空间网格结构静力分析39-40
• 3.2.3 第3号索支撑空间网格结构静力分析40-41
• 3.2.4 第4号索支撑空间网格结构静力分析41-43
• 3.2.5 静力分析结果汇总43
• 3.3 稳定分析43-50
• 3.3.1 第1号索支撑空间网格结构稳定分析43-45
• 3.3.2 第2号索支撑空间网格结构稳定分析45-46
• 3.3.3 第3号索支撑空间网格结构稳定分析46-48
• 3.3.4 第4号索支撑空间网格结构稳定分析48-49
• 3.3.5 稳定分析结果汇总49-50
• 3.4 影响结构整体稳定的参数50-56
• 3.4.1 矢跨比51-53
• 3.4.2 网格尺寸53-54
• 3.4.3 跨度54-56
• 3.5 本章小结56-57
• 参考文献57-58
• 第四章 传统装配式节点与新型装配式节点索支撑空间网格结构整体性能比较58-70
• 4.1 构造对节点力学性能的影响58
• 4.2 节点构造对索支撑空间网格结构稳定性的影响58-67
• 4.2.1 第1号索支撑空间网格结构稳定分析59-61
• 4.2.2 第2号索支撑空间网格结构稳定分析61-63
• 4.2.3 第3号索支撑空间网格结构稳定分析63-65
• 4.2.4 第4号索支撑空间网格结构稳定分析65-67
• 4.2.5 数据汇总67
• 4.3 本章小结67-69
• 参考文献69-70
• 第五章 基于不同结构整体稳定性能目标的索支撑空间网格结构装配式节点力学性能要求70-86
• 5.1 模型参数70
• 5.2 节点转动刚度70-77
• 5.2.1 节点转动刚度对结构稳定承载力与刚度的影响72-73
• 5.2.2 节点转动刚度对结构特征值屈曲模式的影响73-75
• 5.2.3 节点转动刚度对结构非线性失稳的影响75-77
• 5.3 节点面外极限弯矩77-82
• 5.3.1 节点面外极限弯矩对非线性失稳模式的影响78-80
• 5.3.2 节点面外极限弯矩对稳定承载力的影响80
• 5.3.3 节点面外极限弯矩对内力分布的影响80-82
• 5.4 节点塑性极限位移82-83
• 5.5 装配式索支撑空间网格结构稳定承载力估算83-85
• 5.5.1 节点刚度的影响83-84
• 5.5.2 节点极限弯矩的影响84-85
• 5.5.3 装配式索支撑空间网格结构稳定承载力85
• 5.6 本章小结85-86
• 第六章 结论与展望86-88
• 6.1 主要结论86
• 6.2 研究展望86-88
• 作者攻读硕士学位期间发表的论文88-89
• 致谢89

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 冯若强;葛金明;胡理鹏;叶继红;;基于B样条曲线的自由曲面索支撑空间网格结构多目标形态优化[J];土木工程学报;2015年06期

2 冯若强;王鑫;叶继红;;索支撑空间网格结构强震下破坏模式研究[J];土木工程学报;2014年S2期

3 赵阳,陈贤川,董石麟;大跨椭球面圆形钢拱结构的强度及稳定性分析[J];土木工程学报;2005年05期

4 贺拥军,周绪红,董石麟;膜型网壳结构巨型网格结构的整体与局部稳定性研究[J];土木工程学报;2005年02期

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7 王星,董石麟;考虑节点刚度的网壳杆件切线刚度矩阵[J];工程力学;1999年04期

  本文关键词：新型装配式索支撑空间网格结构力学性能数值模拟研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：509512