单层网壳新型半刚性节点性能研究

摘要

单层网壳结构以其受力合理，用料经济，造型美观等优点被日益广泛应用。相关规范基于安全考虑，规定分析单层网壳时应假定节点为刚接。但实际上，网壳的节点是半刚性的。如果将节点视为完全刚接或完全铰接，会过高或过低地估计结构的实际承载能力，这对于建筑的经济性、安全性都是不利的。半刚性节点与刚接节点相比具有一定的转动能力，与铰接节点相比又具有一定的抗弯刚度，且其具有装配方便，外形美观的优点。因此，对半刚性节点性能开展深入的研究并将其应用到单层网壳结构中具有重要的理论意义与实用价值。
　　本文构思设计了一种新型切削空心圆柱节点。该节点由螺栓装配而成，是一种半刚性节点。为分析该节点在单层网壳中沿径向和沿环向的节点性能，分别开展了节点在径向加载和环向加载两种情况下的试验研究。得到了节点的荷载-位移曲线、应力变化曲线、弯矩-转角曲线，分析了节点的受力机理和失效模式，获得了节点径向与环向的初始刚度值和极限抗弯承载力值，对比了节点径向和节点环向性能的异同。这为开展切削空心圆柱节点和其他半刚性节点性能的进一步研究提供了分析思路和试验基础。
　　在此基础上，利用ABAQUS有限元软件进行了切削空心圆柱半刚性节点径向和环向的节点性能有限元模拟研究。数值模型的节点受力机理与实际试验吻合良好。为了进一步研究节点的性能，模型改善了试验时节点螺栓预紧力不足的局限，使得数值模拟结果体现出的节点承载性能有一定的提高，杆件上的强度也得到了更为充分的利用。接着分析了各种参数对节点性能的影响，发现在一定范围内，螺栓直径、螺栓预紧力对节点径向与环向性能均有一定影响且规律一致。此外，承载时预留安装孔处有较为明显的应力集中，使得节点环向承载能力有较为明显的下降。本文通过试验和数值模拟研究了新型切削空心圆柱半刚性节点的性能。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 单层网壳半刚性节点在国外的研究现状

1．2．2 单层网壳半刚性节点在国内的研究现状

1．2．3 半刚性节点研究存在的问题

1．2．4 半刚性节点研究的发展趋势

1．3 主要研究内容

1．4 研究方案

1．4．1 新型半刚性节点构思

1．4．2 新型半刚性节点试验设计

1．4．3 新型半刚性节点有限元模拟

1．5 本课题研究的创新点

2．1 节点形式

2．2 节点分类方法

2．3 半刚性连接的弯矩—转角关系模型

2．4 单层网壳常用形式与一般计算原则

本章小结

3 单层网壳新型半刚性节点试验研究

3．1 研究目的

3．2 构思设计一种新型半刚性节点试件

3．3 沿径向加载的半刚性节点试验研究

3．3．1 加载方案

3．3．2 位移计布置方案

3．3．3 应变计布置方案

3．3．4 试验系统

3．3．5 试验过程

3．3．6 试验现象与结果

3．3．7 试验结果分析

3．4 沿环向加载的半刚性节点试验研究

3．4．1 加载方案

3．4．2 位移计布置方案

3．4．3 应变计布置方案

3．4．4 试验系统

3．4．5 试验过程

3．4．6 试验现象与结果

3．4．7 试验结果分析

本章小结

4 单层网壳新型半刚性节点数值模拟

4．1 ABAQUS简介

4．2 模型建立步骤

4．3 数值模拟结果分析

4．3．1 沿径向加载模拟结果分析

4．3．2 沿环向加载模拟结果分析

4．3．3 各参数对切削空心圆柱节点性能的影响

本章小结

5 结论与展望

参考文献

作者简历及攻读硕士／博士学位期间取得的研究成果

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