节点刚度对网壳结构稳定性影响研究

摘要

网壳结构的节点总是具有一定的连接刚度，节点的大小和连接刚度是影响单层网壳屈曲的重要因素之一。传统的网壳结构分析较少注意到节点刚度对结构稳定的影响，在工程设计中常常为了分析的方便，将单层网壳节点当成理想刚接，而将双层网壳节点考虑成铰接。但实际上，杆件连接处的节点刚度都是介于完全刚性与理想铰接之间，将节点连接按半刚性处理才是最合理的，因此考察节点刚度对网壳结构稳定承载力的影响具有重要的理论研究意义和工程实用价值。 本文选择了空间梁单元外加虚拟弹簧的模型，在具体的有限元程序分析实现时采用ANSYS中的Matrix27单元模型来模拟虚拟弹簧刚度的变化。该模型的最大作用在于可以模拟得到节点各个刚度在不同的取值下网壳的全过程曲线，再由全过程曲线得到相应的极限荷载，从而反应节点刚度对整体稳定性的影响。在具体分析时，选用单层网壳中最常见的K型球壳、施威德肋型球壳、短程线型球壳、联方型球壳和三向柱面网壳分别进行讨论。 本文对网壳工程中长期存在的节点刚度影响这一课题进行了研究，得出了定量的结论，并提出相关参考意见。本文的研究工作对于明确网壳结构的稳定性能、降低网壳结构工程的造价具有一定的现实意义。

目录

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声明

1绪论

1.1单层网壳结构稳定性概述

1.1.1单层网壳结构稳定性研究现状

1.1.2单层网壳结构失稳模态

1.1.3影响单层网壳结构稳定的因素

1.1.4稳定性的全过程分析技术

1.2本文研究背景

1.2.1节点刚度研究现状

1.2.2节点分析模型

1.2.3半刚性节点力学模型

1.3本文研究内容和主要工作

2 网壳结构稳定性的非线性有限元分析

2.1有限元法概述

2.2有限元通用软件ANSYS说明

2.3网壳结构的空间梁单元模型

2.4非线性增量有限元法的基本理论

2.5大型网壳结构算例

2.6本章小结

3考虑节点刚度的网壳结构稳定性分析

3.1本文采用的构件单元模型

3.2考虑节点刚度对网壳稳定性影响分析的实现

3.2.1 Matrix27单元模型介绍

3.2.2有限元程序分析的实现

3.3算例

3.4本章小结

4节点刚度对单层球面网壳稳定的影响

4.1节点刚度对施威德勒型单层球面网壳稳定性的影响

4.1.1计算模型及参数分析方案

4.1.2全过程分析结果

4.2节点刚度对K8-4型单层球面网壳稳定性的影响

4.2.1计算模型及参数分析方案

4.2.2全过程分析结果

4.3节点刚度对短程线型单层球面网壳稳定性的影响

4.3.1计算模型及参数分析方案

4.3.2全过程分析结果

4.4节点刚度对联方型单层球面网壳稳定性的影响

4.4.1计算模型及参数分析方案

4.4.2全过程分析结果

4.5本章小结

5节点刚度对单层柱面网壳稳定的影响

5.1节点刚度对四边支承的柱面网壳稳定性的影响

5.2节点刚度对两纵边支承的柱面网壳稳定性的影响

5.3节点刚度对两端支承的柱面网壳稳定性的影响

5.4本章小结

6结论和展望

6.1研究结论

6.2不足和今后研究展望

参考文献

致谢

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