毂形节点承载力分析及其对单层球面网壳整体稳定性影响

摘要

随着网壳结构在工程中的应用日益增多,其节点形式也变得多样化,许多新型节点随之产生。其中毂形节点是我国研制出来的一种适用于单层球面网壳的节点,在大跨度钢结构中应用很广。此类节点在网壳平面外具有一定的转动刚度,而在网壳平面内则可以自由转动,是介于刚接节点与铰接节点之间的一种半刚性的节点。为确保结构的安全性,对节点承载力及其对单层球面网壳稳定性的影响进行研究具有重要意义。为此本文主要进行了如下工作:
　　 1.根据网壳结构技术规程对节点尺寸进行设计,运用有限元软件ABAOUS建立毂形节点的有限元模型。通过对不同受力情况下的承载力进行分析,观察节点的破坏过程,得到了节点的极限承载力；验证了可以用颈部最小截面处的承载力来代替毂形节点的承载力,从而简化毂形节点承载力的计算方法。
　　 2.为研究节点刚度对网壳结构稳定性的影响,在空间梁单元基础上引入ANSYS中一种连接单元Matrix27作为单元模型来模拟毂形节点。通过引入由弯矩-转角曲线得到的毂形节点初始抗弯刚度,对不同跨度的毂形节点单层球面网壳进行静力及稳定性分析。计算中考虑了结构的几何非线性以及初始缺陷,得到失稳模态、荷载-位移曲线以及荷载系数,并与刚接节点和刚铰接节点单层球面网壳的整体稳定性进行对比,确定了节点刚度对稳定性的影响。
　　 本文给出了网壳工程中毂形节点承载力的简化计算方法,从而对节点的设计提出了相关参考意见。确定了毂形节点作为一种半刚性节点,其刚度对单层球面网壳稳定性的影响,这对于单层球面网壳实际工程的设计和保证结构的安全性具有重要意义。