新型鼓形节点在复杂方管单层双曲网壳结构中的应用与研究

摘要

网壳结构作为空间结构中的重要一类，是国内外颇受关注、有广阔发展前景的结构类型。其中单层网壳结构受力合理，整体跨度、刚度大，自重轻，综合技术经济指标好，而且其能很好的构建各种丰富优美的建筑造型，因而在工程项目中得到了更为广泛的应用。而在单层网壳结构中，节点连接着多根杆件，是结构的关键部位，结构能否正常受力，节点形式和其强度、刚度大小起着主导作用，而且，网壳结构中节点数量多，耗钢量也大。因此，节点的选择问题无疑又是单层网壳结构能否体现出上述种种优点的关键因素。
　　目前正在兴建的中建健康产业城展示馆工程中，位于建筑中心的复杂方管单层双曲网壳结构是该工程项目的重点和难点，网壳结构中的杆件为方形钢管，节点数量多，考虑到节点在深化、加工、施工工期和造价等方面的情况，再加上其特殊的曲面形式（呈非线性曲面造型），该工程采用了一种新型节点形式—新型鼓型节点，但工程实际中该新型节点在单层双曲网壳结构中处于三维空间受力状态，其受力状况、承载性能还有破坏模式尚未明确。为了解决该问题，本文从工程中的网壳结构中提取出典型空间节点，利用通用有限元分析软件ANSYS建立其有限元模型，对其分别进行双向轴拉、双向轴压、一向轴拉一向轴压、向外侧弯矩作用、向内侧弯矩作用以及轴力和弯矩共同作用等各种载荷工况下的弹塑性非线性有限元分析，对其受力状况、承载性能和破坏模式得出结论。
　　另外，本文在对工程中的新型鼓形节点进行各种载荷工况下的有限元分析时发现节点的设计存在不合理因素，即节点部位的用钢量过大，这样不但增加了节点自重，而且还会导致节点的受力不合理。本文针对该问题对组成新型鼓形节点的节点圆钢管、节点端板以及节点加劲环的厚度对各种载荷工况下节点受力性能的影响作了讨论，并给出了合理化建议，以期为同类项目的工程设计和实施提供参考和借鉴。

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第一章 绪 论

1.1课题研究的背景和意义

1.2国内外相关研究及应用概况

1.3本论文的研究内容

第二章 中建健康产业城展示馆概况

2.1项目概况

2.2工程结构分析

2.3构件的选择、制作与加工

2.4工程施工技术要点

2.5方管单层网壳结构

2.6本章小结

第三章 新型鼓形节点有限元分析的理论基础

3.1非线性分析理论

3.2非线性方程组的求解方法

3.3通用有限元分析软件ANSYS

3.4本章小结

第四章 空间结构中新型鼓形节点在轴力作用下的弹塑性有限元分析

4.1研究模型的提取与简化处理

4.2新型鼓形节点有限元模型的建立

4.3新型鼓形节点在轴力作用下的弹塑性有限元分析

4.4本章小结

第五章 空间结构中新型鼓形节点在弯矩作用下的弹塑性有限元分析

5.1向外侧弯矩作用下的弹塑性有限元分析

5.2向内侧弯矩作用下的弹塑性有限元分析

5.3本章小结

第六章 空间结构中新型鼓形节点在轴力和弯矩共同作用下的弹塑性有限元分析

6.1向外侧弯矩和轴拉力共同作用下的弹塑性有限元分析

6.2本章小结

第七章 结论与展望

7.1主要结论

7.2 研究展望

参考文献

致谢