K6型铝合金板式节点网壳稳定承载力设计方法

凯威特K6型是铝合金板式节点网壳最为常见的形式,而板式节点是一种典型的半刚性节点,其节点刚度对网壳整体稳定承载力的影响不可忽略。通过ANSYS有限元软件建立了K6型铝合金板式节点单层球面网壳数值模型,采用非线性弹簧单元COMBINE 39引入节点半刚性的影响,并基于该数值模型对网壳的弹塑性整体稳定承载力进行了参数分析。分析结果显示,网壳整体稳定承载力随矢跨比、环数、节点刚度的增大而提高,随跨厚比、半跨活荷载系数、初始几何缺陷幅值的增大和材料非线性的引入而降低。通过对8000多个数值模型的分析结果进行统计回归,得到了K6型铝合金板式节点网壳弹塑性整体稳定承载力计算式,该计算式能较准确地预估无缺陷网壳的稳定承载力。     

考虑蒙皮和节点刚度的铝合金网壳稳定性

为明确蒙皮效应和节点半刚性对铝合金单层球面网壳静力稳定性的影响,运用有限元软件建立了一个125 m跨度的结构模型。首先通过数值模拟确定了初始缺陷和材料非线性对网壳稳定性能的影响,并在此基础上考虑蒙皮效应和节点半刚性进行对比分析。分析结果表明:蒙皮效应可以显著提高铝合金单层网壳静力稳定承载力,并改变结构屈曲模态,考虑节点半刚性会大幅降低网壳极限承载力,当同时考虑蒙皮和节点刚度时,该网壳稳定性能基本不变。     

节点刚度对四边支承单层柱面网壳稳定性的影响

利用ANSYS有限元软件建立了半刚性节点单元模型,对四边支承单层柱面网壳进行了几何非线性全过程分析,主要考察考虑初始几何缺陷和荷载不对称分布情况下,节点刚度变化对柱面网壳稳定性的影响规律.研究结果表明,四边支承单层柱面网壳当缺陷相同时,刚度减弱,极限荷载下降,且抗弯刚度的影响较强;缺陷增大,扭转刚度对四边支承柱面网壳的影响增强;同一刚度下,随着缺陷的扩大,极限荷载呈下降趋势,随着刚度的减小,缺陷对网壳极限荷载的影响程度减弱;荷载不对称分布导致四边支承柱面网壳结构极限荷载降低至对称荷载作用情况的80％左右,缺陷变化使得节点刚度对极限荷载的影响程度有所改变,但对承载力终值影响不大.     

北京新机场装配式单层铝合金网壳结构整体稳定性能研究

以北京新机场装配式单层铝合金网壳结构作为研究对象,建立了其装配式节点——板式节点及考虑节点性能的单层铝合金网壳的有限元模型,分析了板式节点的力学性能及节点性能对单层铝合金网壳稳定性能的影响。研究表明:板式节点刚度良好,破坏表现为不锈钢拉铆钉剪切破坏、连接板拉剪破坏和杆件在螺栓孔处承压破坏;北京新机场装配式单层铝合金网壳结构的整体稳定性能良好,承载力约为刚接网壳结构的90%,满足JGJ 7—2010《空间网格结构技术规程》的要求;由于铝合金材料无明显的屈服台阶,弹性模量较小,考虑几何非线性和材料非线性的稳定承载力比仅考虑几何非线性的稳定承载力降低约30%,结构发生弹塑性失稳,结构失稳形态表现为网壳结构在靠近长轴右端出现凹陷。     

铝合金板式节点网壳杆件壳体平面内计算长度分析

为获得铝合金板式节点网壳杆件的平面内计算长度,对5根网壳杆件进行轴心受压稳定承载性能试验。采用ABAQUS中的实体单元建立试件的有限元模型,通过反弯点法得出了杆件的计算长度。研究结果表明,铝合金板式节点的半刚性构造使得网壳杆件的平面内计算长度与其净长度有关。基于ANSYS软件平台,采用非线性弹簧单元COMBIN39建立了考虑铝合金板式节点半刚性的网壳模型。通过对不同荷载模式下网壳一阶屈曲荷载及杆件临界荷载的对比,发现压杆周围杆件受压时的刚度退化对其约束的削弱作用可使其计算长度系数放大约33%,因此杆件的受压刚度退化在稳定分析中不可忽略。通过对杆端约束刚度的推导和弹性稳定微分方程的求解,得到了考虑铝合金板式节点半刚性和周围杆件约束的网壳杆件平面内计算长度系数,并制成了供设计使用的计算用表,可为铝合金板式节点网壳杆件的设计提供依据。     

铝合金板式节点平面内抗弯刚度研究

铝合金板式节点是典型的半刚性节点,其在网壳平面内的抗弯刚度对网壳杆件的稳定承载力影响很大。首先基于组件法的思想推导出了节点在各受力阶段的平面内弯曲刚度以及所对应的临界弯矩值,然后建立数值模型,对铝合金板式节点的网壳平面内抗弯刚度进行模拟,最后在数值分析结果的基础上,拟合得到了节点的弯曲刚度公式,并提出了平面内抗弯刚度的四折线模型。弯曲刚度公式与数值分析结果吻合良好,表明公式具有较高精度。     

节点刚度对鞍型网壳稳定性的影响

节点刚度是影响网壳稳定性的重要因素之一,为理解其影响规律,应用Ansys的M atrix27单元建立节点刚度单元模型,并考虑初始缺陷的影响,运用非线性有限元全过程分析方法,研究了节点刚度变化对不同缺陷双曲抛物面鞍型网壳稳定性的影响。结果表明:刚度降低,网壳稳定承载力下降;缺陷增大,节点刚度的影响减弱,并给出了一些工程设计的建议。     

新型模块化单层铝合金网壳节点的弹塑性分析

以新型模块化单层铝合金网壳节点的受力性能的试验实测数据为基础,探究该类新型模块化单层铝合金网壳节点的中心区加强环、模块化单元的底板厚度、中心区加强环的侧板厚度对节点抗弯承载力的影响规律.运用ABAQUS软件对三种不同构造的新型模块化单层铝合金网壳节点进行了非线性有限元分析,对新型模块化单层铝合金网壳节点与传统板式节点的...     

双曲面网壳半刚性节点试验及弹塑性屈曲分析

为研究X形节点刚度对网壳结构弹塑性屈曲性能的影响。本文以广东移动南方基地大型双曲面单层网壳结构为背景,对4组X形节点进行平面内、外的弯曲刚度试验和有限元模拟,得到X形节点各杆件的弯矩–转角曲线,进而计算出节点各杆件的名义转动刚度值。结果表明:支座约束情况对节点转动刚度影响较大;平面外荷载下,节点转动刚度大,可按刚接处理;平面内荷载下,节点半刚性不容忽视。基于试验结果,考虑结构安装缺陷,采用MATRIX27单元对网壳节点刚度进行模拟,得到结构倒塌破坏全过程的荷载–位移特性,并对网壳节点在不同转动刚度下的极限承载力进行了对比分析。结果表明:X形节点转动刚度减小,网壳结构极限承载力降低;安装缺陷增大,网壳稳定性减弱。     

蒙皮效应对铝合金单层网壳结构性能的影响

为研究蒙皮效应对铝合金单层网壳结构性能的影响,运用有限元软件的参数化建模建立系列结构模型,对网壳结构进行静力分析与非线性稳定分析,考察蒙皮效应对网壳静力性能及非线性稳定极限承载力的影响。结果表明:蒙皮效应可以降低绝大部分杆件的轴应力与弯曲应力;考虑蒙皮一般可以提高网壳的稳定极限承载力,提高幅度随着矢跨比的增大而增大,随着跨度的增加而减小,但也出现个别网壳承载力反而降低的情况,为安全起见,建议在单层网壳静力分析与整体稳定分析中考虑蒙皮的作用。     

节点刚度对有缺陷短程线球面网壳稳定性的影响

节点刚度是影响网壳稳定性的重要因素之一,为理解其影响规律,应用Ansys的Matrix27单元,建立节点刚度单元模型,并考虑初始缺陷的影响,运用非线性有限元全过程分析方法,研究了节点刚度变化对不同缺陷短程线球面网壳稳定性的影响.结果表明:刚度降低,网壳稳定承载力下降;缺陷增大,节点刚度的影响减弱,并给出了一些工程设计的建议.     

铝合金板式节点网壳稳定承载力试验研究

为研究铝合金板式节点刚度对单层球面网壳整体稳定性能的影响,制作一个跨度为8m、矢高为0.5m的K6型网壳模型,对网壳顶点施加4次单向循环荷载。试验结果表明,加载初期网壳表现出超刚性特征,即其刚度大于刚接节点网壳刚度;而后的节点螺栓滑移变形会降低网壳刚度,螺栓滑移引起的网壳变形很大且不可恢复。网壳的失稳属于整体跳跃失稳,但网壳屈曲后可继续承载,且荷载可进一步增大。最后一次单向循环加载时网壳因顶点杆件下翼缘的拉裂而破坏。另外,随着循环荷载逐级增大,网壳再加载初始刚度都有一定弱化。采用ANSYS有限元软件建立网壳分析模型,采用BEAM 188单元和COMBINE 39单元模拟考虑节点半刚性的铝合金板式节点网壳杆件,节点弯矩-转角关系曲线采用四折线模型,有限元分析结果与试验结果吻合较好。     

节点刚度对三向单层球面网壳稳定承载力的影响（英文）

为了评估节点刚度对网壳极限承载能力的影响,建立了一种能同时考虑节点刚度(弯曲刚度、轴向刚度、扭转刚度与剪切刚度)和节点大小的力学模型.借鉴节点正则化弯曲刚度指标κ_b的概念,建议采用正则化轴向刚度κ_a、正则化扭转刚度κ_t与正则化剪切刚度κ_s来衡量节点的轴向、扭转及剪切刚度.经过数值计算,主要得出如下结论:节点弯曲刚度对网壳承载能力的影响程度与κ_b的大小紧密相关,随着κ_b的减小,网壳极限荷载逐渐降低,若κ_b小于10,网壳极限荷载会显著降低;节点轴向刚度明显影响着网壳的整体刚度,随着κ_a的减小,在弹性阶段内荷载位移曲线斜率明显减小;节点扭转刚度对网壳极限荷载影响与节点抗弯刚度有关,随着节点抗弯刚度的减小,扭转刚度的影响逐渐增加;节点剪切刚度对网壳极限荷载的影响程度也与κ_b紧密相关,当κ_b大于10时,随着κ_s的降低,极限荷载首先缓慢降低而后迅速下降;节点大小对具有较大节点弯曲刚度的网壳的极限荷载影响更加明显;节点偏差对半刚接网壳的承载能力影响显著,整体上而言,节点弯曲刚度越小,节点偏差的影响越大.     

K6型单层球面木网壳稳定承载力非线性分析

针对4组不同节点构造、矢跨比的木结构网壳试验模型,采用ANSYS软件中的Beam189非线性梁单元模拟连接节点的半刚性特征,开展基于多段梁模型的网壳承载力全过程非线性有限元分析。通过对比有限元与试验结果在荷载 位移全过程曲线、破坏模式以及极限承载力等方面的吻合度,判断多段梁方法在木结构网壳稳定性分析上的可行性。研究发现：多段梁方法与试验结果较吻合,多段梁分析方法可有效揭示木网壳的破坏机理;矢跨比是影响单层木网壳破坏形式的主要因素,大矢跨比易出现强度破坏,小矢跨比易出现稳定破坏,节点刚度对小矢跨比模型的影响程度更加明显;弹塑性分析时,木结构网壳的极限承载力建议按弹性多段梁有限元分析承载力的40%取值。研究成果以期为木网壳非线性稳定承载力的进一步研究提供借鉴。     

铝合金球面网壳结构弹塑性稳定性研究

对铝合金球面网壳结构弹塑性稳定性能进行有限元研究,分析了网壳的失稳模态、变形、应力分布和极限承载力。通过参数分析,了解跨厚比、矢跨比、杆件长度、材料非线性、荷载分布模式、支承条件和初始缺陷对铝合金球面网壳整体稳定承载力的影响。最后,提出了铝合金球面网壳稳定承载力的安全系数设计方法。结果表明:对于铝合金球面网壳,JGJ 7—2010《空间网格结构技术规程》给出的安全系数K=4.2偏大。     

郫县体育中心屋盖铝合金单层网壳结构设计

郫县体育中心屋盖采用了铝合金单层网壳结构。主要介绍了该工程屋盖的结构选型,通过有限元软件对铝合金单层网壳结构进行了静力和整体稳定性分析,并且将网壳与下部混凝土结构组装,分析了下部结构对网壳受力的影响;同时通过实体有限元模型对节点设计承载力和刚度进行了分析。计算表明,铝合金单层网壳结构主要由整体稳定性控制,节点强度及刚度均满足要求,分析结果可为同类结构设计提供参考。     

节点刚度对单层网壳稳定性能的影响分析

节点刚度对大跨度空间网格结构的稳定极限承载力性能具有重要的影响。以具有端部弹簧的非线性梁柱单元作为空间网格结构的分析模型,采用ANSYS软件对单层球面网壳进行非线性稳定全过程分析,研究节点刚度对网壳稳定性能的影响,为考虑节点刚度的大跨度空间网格结构稳定极限承载力分析提供依据,得出了可应用于工程实践的重要结论。     

节点刚度对单层球面钢网壳极限承载力的影响

以凯威特型单层球面钢网壳为例,考虑几何非线性和材料非线性,分析了节点刚度不同时网壳结构的极限承载力。定义节点刚度与杆件线刚度的比值为节点相对刚度,定义考虑节点刚度、节点为理想刚接这两种不同情况时的结构极限承载力之比为网壳结构极限承载力折减系数。当杆件最大长细比、跨度、矢跨比等参数分别取不同值时,变化节点相对刚度,考察网壳结构极限承载力折减系数的变化规律。根据参数分析的结果,提出了节点相对刚度不同时网壳结构极限承载力折减系数的简化计算公式。     

铝合金板式节点角铝加固设计与分析

为减小翼缘螺栓孔对铝合金板式节点抗拉和抗弯承载性能的削弱作用,提高设计应力比,研究角铝加固法对铝合金板式节点承载力、刚度及承载机理的影响,对上海某项目铝合金屋盖中两种典型工程足尺节点,进行了角铝加固设计,在通用有限元软件ABAQUS中建立实体模型,对加固后的节点试件在轴拉及纯弯受力状态下的静力性能进行了有限元分析,验证角铝加固法的有效性;对角铝加固件的几何参数进行参数分析,找到影响加固效果的关键参数,对加固件进行优化设计。     

K6型单层球面木网壳整体稳定性能研究

为了研究K6型单层球面半刚性木网壳结构的整体稳定性能，基于欧洲规范EN 1995-1-1中相关公式，计算销轴类紧固件滑移刚度及承载力，确定实际工程中常用的插板式节点的简化弯矩-转角曲线，并在ANSYS软件中采用COMBIN39非线性弹簧单元模拟节点的抗弯半刚性，通过有限元分析研究不同参数对一阶线性屈曲系数、考虑初始缺陷的弹性及弹塑性极限承载力系数，以及塑性折减系数的影响。单一变量参数分析结果表明，高跨比、跨度、截面尺寸和初始缺陷对稳定承载力影响很大，实际节点紧固件的布置模式减小了节点刚度的变化幅度，限制了节点半刚性的影响。通过变化参数得到的6 480个算例，统计不同高跨比和节点刚度折减系数下的塑性折减系数，其值均小于钢网壳规范建议值(0.47)。