半刚性节点肋环型球面巨型网格结构的力学性能研究

摘要

众多研究成果表明，大多数空间结构的节点实际上属于一种介于理想铰接和完全刚接之间的半刚性节点。目前，国内外已经在常规网壳的半刚性节点研究上取得了一些成果，但是对于国内新兴的空间巨型网格结构的半刚性节点研究较少。本文基于节点半刚性，以有限元分析软件ANSYS为工具，研究节点刚度对肋环型球面巨型网格结构力学性能的影响，主要研究内容有： （1）建立两种半刚性节点的验证模型，并验证半刚性节点建模方法的正确性；研究同时考虑节点轴向刚度和弯曲刚度的肋环型球面巨型网格结构的基本静力性能；考察在常温和有温差时荷载作用下节点刚度对结构内力和位移的影响；同时对双向半刚性节点结构进行矢跨比、桁架梁高、支承方式和活载局部加载相关参数分析。结果表明，节点刚度对结构内力和位移有着显著的影响。 （2）稳定性是常规网壳结构设计的关键问题。本文对3类半刚性节点肋环型球面巨型网格结构进行特征值屈曲分析，同时对双向半刚性节点结构进行矢跨比、桁架梁高和支承条件相关参数的特征值屈曲分析，并引入特征值的节点刚度影响系数，形象地反映了节点刚度对结构特征值的影响程度；另外，在考虑几何非线性和初始缺陷的情况下对3类半刚性节点结构进行全过程非线性屈曲分析，得到结构的荷载位移曲线和结构的稳定极限承载力。结果表明，节点刚度对结构的静力稳定承载力有着显著的影响。 （3）分析3类半刚性节点结构的基本自振频率和振型图，并进行三维罕遇地震下的弹塑性时程分析，得到3类半刚性节点结构在地震响应下的结构内力和位移。结果表明，节点刚度对结构的动力性能影响显著。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 空间巨型网格结构的研究现状

1.3 空间网格结构节点刚度的研究现状

1.4 本文研究内容与研究方法

2 半刚性节点的有限元模型

2.1 半刚性节点的基本理论

2.2 半刚性节点的模型验证

2.3 本文的分析模型

2.4 本章小结

3 半刚性节点肋环型球面巨型网格结构的静力分析

3.1 静力分析

3.2 参数分析

3.3 本章小结

4 半刚性节点肋环型球面巨型网格结构的静力稳定性分析

4.1 网壳结构稳定性理论

4.2 节点刚度对肋环型球面巨型网格结构整体稳定性的影响

4.3 本章小结

5 半刚性节点肋环型球面巨型网格结构的动力分析

5.1 半刚性节点肋环型球面巨型网格结构自振特性分析

5.2 肋环型球面巨型网格结构的地震响应分析

5.3 本章小结

6 结论与展望

6.1 本文主要结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录 研究生学习阶段发表的论文、科研及获奖情况