空间网格结构的整体分析和节点的有限元分析

摘要

随着经济的发展以及科学技术的长足进步，公众对建筑物的外观造型和使用空间有了越来越高的要求。在现阶段的建筑结构设计中，大跨度空间结构已经成为设计师们研究的热点，因其具有很好的空间优势、造型优势以及施工便捷等优点，国外的研究学者们开始重点研究大跨空间结构的受力特性以及地震作用下的相应问题，国内对大跨空间结构的研究文献还是比较匮乏。同时，此类大跨空间结构一般为人员密集的地方，如若发生地震，将会造成不可预估的损失，为了保障人民生命财产安全对大跨空间结构进行全方面的分析是十分有必要的。 本文以泰安市旅游集散中心的空间钢管桁架屋盖为工程背景，采用钢结构设计软件3D3S、有限元软件SAP2000以及ABAQUS对结构的特性和空间节点的特性进行分析研究。主要工作如下： 1.简要介绍了空间网格结构中的钢管桁架结构的发展前景和结构特点，也介绍了钢管桁架结构中经常采用的空间节点类型及特点。 2.对空间钢管桁架结构进行了静力分析。采用结构设计软件3D3S对该屋盖结构进行建模，选取了12个工况组合对结构进行静力分析，对比分析了各种工况下支座反力最值、杆件轴力最值以及位移最值，总结得到了最不利的荷载工况，并且相对于该结构选取了最不利工况下荷载工况进行内力和位移变化研究。由于该屋盖形状异形，所以在该部分的最后讨论了该空间钢管桁架屋盖在不同方向风荷载的作用下，杆件内力的变化过程。 3. 对空间钢管桁架结构进行了结构动力特性分析和结构地震响应分析。本文把3D3S 中的模型导入 SAP2000，然后对模型结构进行了模态分析，了解本结构的动力特性。随后采用反应谱法和时程分析法对本结构单独进行了地震响应分析，主要的方法是在两种方法下输入不同方向地震作用后的内力响应情况和位移响应情况。并且对比分析了结构在两种方法下的响应结果做了对比分析。 4.对空间钢管桁架结构的复杂空间节点进行了有限元分析。本文采用有限元软件ABAQUS对本结构中出现次数最多的空间KK节点进行了有限元分析。空间网格结构采用相贯节点是设计节点中的一种常用形式，因为其搭接杆件较多，使得其受力变得复杂，本文根据该工程实际受力情况，通过合理的加载轴力研究了空间KK节点的破坏过程，并提出了空间复杂节点从各个方面的加强措施。 最后，对空间钢管桁架结构所做的研究工作进行了总结，并且得出了一些对工程实际有参考价值的设计经验，也对设计研究过程中考虑不到的问题和需要进一步探索的问题进行了指出。

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