网架在造船工业工程中的应用综述

近七年来,造船工业工程中有１３个工程项目,近２３００００ｍ２屋盖采用了网架结构屋盖。本文对应用中存在的共性问题：大跨度工业厂房中,网架结构的最佳形式;网架屋面在单层厂房中的排架分析计算假定;网架同柱的支承节点构造上如何按排架铰接计算的假定;墙架柱同网架的连接节点等方面进行了总结,以使网架结构能在单层工业厂房中的应用技术日臻完善。     

螺栓球节点网架的精细化有限元分析

螺栓球节点是网架结构中最常用的节点形式之一,现阶段的网架计算采用空间桁架位移法,节点假定为铰接,不考虑螺栓球节点的影响.本文模拟钢球、螺栓、套筒、锥头等配件间复杂的接触关系,建立了螺栓球节点精细化模型,验证螺栓球节点传力路径和受力机制的有效性,并对螺栓球节点的配件构造参数锥尾壁厚和锥头斜率变化对承载力的影响展开深入研究.对一个正放四角锥网架,采用MPC方法建立多尺度精细化模型,进行平衡路径跟踪,计算极限承载力,研究整体和节点的应力分布、塑性发展和破坏形式.比较精细化模型和传统模型的承载能力、受力变形情况,对螺栓球节点网架的设计提出合理建议.     

杂多县体育综合馆钢结构设计

杂多县体育综合馆主体结构采用钢筋混凝土框架结构体系,屋盖由大跨度钢结构高次曲面网架组成。对工程结构体系的选型到荷载取值、边界条件、参数取值等进行了分析选定。采用合模计算及分模计算的包络设计方法确保计算内容涵盖结构最不利受力情况;采用抗震性能化设计方法对支座相关构件按设定的性能目标进行设计;网架下弦支座选用成品铰接支座与钢管混凝土柱顶连接,节点可最大限度地符合铰接支座计算假定。钢管混凝土柱脚节点为伸入框架柱的外包柱脚刚接节点,此节点构造复杂,角柱位置节点构造尤其复杂,采用断筋焊接及环绕后锚固方式处理,在满足设计要求的基础上最大程度地降低现场施工难度。     

螺栓球节点力学性能研究及弯矩-转角关系式的建立

螺栓球节点常用于网架及双层网壳结构中,目前在一些小跨度、接近球形的单层网壳中也有所应用。现阶段对螺栓球节点网架及双层网壳进行分析时,通常将螺栓球节点假定为理想铰接,实际上该节点是介于刚接和铰接之间的半刚性节点。通过建立螺栓球节点的精细化模型,得到螺栓球节点的抗弯刚度及对应的弯矩-转角曲线,并利用已有试验数据验证了数值模型的合理性。研究了螺栓球节点相关参数（即螺栓直径、预紧力大小、锥尾壁厚和套筒厚度）对节点抗弯刚度的影响。研究表明：螺栓球节点的初始刚度和极限弯矩在一定范围内随螺栓预紧力的增大而提高,当螺栓预紧力达到100 kN时,其对螺栓球节点抗弯刚度的影响逐渐减弱;锥尾壁厚及套筒厚度对螺栓球节点极限弯矩的影响较大,而对节点初始刚度的影响较小;螺栓球节点的抗弯刚度随着螺栓直径的增加而增大。利用对螺栓球节点参数化分析的结果并结合节点的自身特性,基于KISHI等提出的幂函数模型,推导出了螺栓球节点弯矩-转角关系公式,该公式计算值与数值模拟的弯矩-转角曲线吻合度较高,能有效地模拟螺栓球节点弯矩-转角的关系。     

节点刚度对含有缺陷杆件网架稳定性的影响

传统网架结构的设计与研究中,常假定节点为理想铰接(螺栓球)或刚接(焊接球),而实际上节点具有一定的变形能力,属于半刚性连接。为了厘清节点刚度对网架承载能力的影响,提出了一种含有缺陷杆件的半刚接网架力学模型。参考正则化弯曲刚度的概念,建议采用正则化轴向刚度κ_a、正则化剪切刚度κ_s和正则化扭转刚度κ_t等指标来度量节点各类刚度的大小。对1 300例网架进行了双重非线性分析,系统地研究了节点各类刚度及节点大小对网架稳定承载能力的影响程度与规律。主要得出以下结论:节点轴向刚度直接决定了网架的整体刚度及稳定承载能力。当κ_a大于0.1时,节点轴向刚度对网架整体刚度及极限荷载的影响很小,而当κ_a小于0.1时,二者大小则显著降低;对于承载能力由受拉杆件控制的网架来说,节点弯曲刚度对网架稳定承载能力的影响不明显,但当弯曲刚度过小时,节点会发生转动,使得极限荷载显著降低;节点剪切刚度对网架稳定承载能力的影响不明显,仅当κ_s小于0.005时,网架的极限荷载才显著降低;节点扭转刚度与节点大小对该网架稳定承载能力的影响不明显。     

不锈钢网架结构试验研究

对奥氏体不锈钢网架结构的物理力学性能、焊接性能加以分析，并进行了不锈钢焊接空心球节点承载力试验，确定了该种节点的受拉和受压承载能力。在此基础上，又做了不锈钢组合扭网壳模型的破坏性试验研究，试验结果与理论计算值比较，吻合较好。     

考虑杆件失稳的半刚接网架稳定性研究

在传统的网架结构设计与分析中,常假定杆件之间的节点为理想刚接或铰接,而实际网架中的节点属于半刚性节点.为了理清节点弯曲刚度对网架稳定性能的影响,提出了一种含有杆件初弯曲的半刚接力学模型,针对具有不同节点弯曲刚度的网架开展了大量的双重非线性分析,探讨了杆件失稳与网架整体失稳之间的内在关系.主要得出如下结论:提出的力学模型可方便有效地考虑网架中的杆件失稳、节点刚度及杆件初弯曲问题;对于具有杆件初弯曲的网架而言,当正则化弯曲刚度κ_b大于3.0时,网架的极限荷载基本接近;当κ_b小于1.5～2.0后,极限荷载明显降低.提高节点的弯曲刚度可有效提高网架的稳定承载能力;杆件初弯曲对网架的稳定承载能力有一定影响,随着κ_b的减小,具有初弯曲杆件的半刚接网架的极限荷载下降量逐渐增大;杆件初弯曲的分布形式不同,网架的失效模式不同.同时失稳杆件的位置具有一定的规律,即失稳杆件集中分布在某一列或某两列的纵向或横向网格内;杆件初弯曲的存在会加剧P-Δ效应,使得部分压杆提前丧失稳定;提出的能考虑杆件失稳的半刚接网架力学模型可推广至双层球面与双层柱面网壳等其他类型的空间网格结构.     

屋盖网架与支座节点有限元分析

以跨度为46m的两边开口网架为分析对象,对网架橡胶支座节点刚度进行了假定分析,并对网架和下部框架组成的整体模型与单独网架模型的受力进行了对比分析,结果证明需进行网架整体模型分析的必要性及网架单独分析的可行性;按照相关规程要求设计支座节点,以支座焊接球节点为有限元分析对象,对焊接球、十字肋板、钢管、支座底板在荷载作用下的von Mises应力分布进行了分析,结果表明,设计的支座节点满足要求。本文的分析可为此类工程设计提供有益参考。     

洛阳龙门钟楼结构模型分析和关键节点设计

结合洛阳龙门钟楼建筑特点,提出了一种针对传统风格建筑檐口柱收分的结构构造做法,即方钢管混凝土柱下接钢筋混凝土柱收分节点构造。通过3种不同的计算模型分析及整体指标对比,结果表明方钢管混凝土柱连接属性介于铰接与刚接之间,属于半刚性连接。结构简化计算时整体控制指标应取铰接、刚接计算假定的中间值。根据《钢管混凝土结构技术规范》(GB 50936—2014)相关要求验算该构造下方钢管混凝土柱在单一受力状态和复杂应力状态的承载力,结果表明方钢管混凝土柱满足各项受力状态下的性能要求。通过整体与局部节点分析可知,该构造节点安全可靠,可供类似项目设计参考。     

节点域刚度对管桁架静力特性的影响

以空间圆管桁架为研究对象,并考虑几何和材料非线性效应,采用数值分析方法,将桁架节点分别用铰接、刚接和相贯节点3种桁架模型进行模拟。分析结果表明,刚接节点和铰接节点的计算模型过高估计了节点的刚度,而相贯节点的计算模型由于考虑了节点域的变形能够较真实地反映节点的刚度。     

屋盖网架结构设计对比分析

用结构设计软件对一个上部网架、下部混凝土结构的体育馆进行了设计分析,采用整体建模计算和局部建模计算的方式进行了结构对比分析。通过对4种模型的周期、位移、挠度对比分析得出:建立整体结构模型进行结构计算是更符合实际情况,而对网架屋盖的设计,在合理考虑下部结构刚度后,可以按单独模型进行计算;铰接支座网架计算可能偏于不合理、不安全。说明了上部网架及下部结构整体计算需要注意的问题,为设计提供参考。     

顶层柱顶和底层柱脚铰接框架柱侧移刚度

一、概况用D值法计算框架及其位移时,首先要计算框架柱侧移刚度D值.底层柱脚固定和铰接框架柱、顶层铰接框架柱、底层柱脚铰接带联梁框架柱的侧移刚度D值计算公式,见文[1-4].本文根据规则框架柱侧移刚度D值计算的基本假定,经过分析推导,得出顶层柱顶和底层柱脚铰接框架柱侧移刚度D值计算公式,为计算该类框架的内力和位移提供了条件.二、恻移刚度D值计算的基本假定(1)计算柱及其上下相邻柱的线刚度i_c值相同;(2)计算柱及其上下相邻柱的弦转角(?)相同;(3)计算柱及其相邻各杆杆端的转角θ相同;(4)只考虑水平位移,不考虑竖向变形.     

网架焊接空心球承载力计算公式的研究

本文是从“受拉空心球体与管焊接处的破坏”为基点，进一步研究球体、钢管杆件、焊缝三为一体的极限受力分析；采用极限状态计算理论导出了网架焊接球节点承载力计算公式，与“网架规程”ＪＧＪ７－９１中公式算得的试验值都基本接近。     

某锥形穹顶半刚接单层网壳分析与设计

以某图书馆的锥形穹顶单层网壳为研究对象,分析其受力变形性能和整体稳定性能.对比研究了不同截面方案和节点假定对网壳构件承载力、屈曲特性和极限承载力的影响.采用多尺度有限元分析方法,真实模拟节点性能,与节点刚接、铰接模型的计算结果进行了对比.结果表明:采用钢管非加劲相贯焊连接的单层网壳为典型的半刚接网壳,合理的杆件截面设计可使其整体稳定性能接近于节点刚接模型;节点铰接会改变单层网壳的屈曲形态,使结构整体协同性能严重弱化或丧失;多尺度有限元分析方法是判别节点刚度和承载力的有效方法,可真实反映节点性能对整体结构性能的影响.     

夹层结构的声振耦合模拟及等效弹性参数计算

采用小挠度理论和有限元模型计算夹层结构的等效弹性参数。通过对比等效二维连续模型和整体三维模型,利用特征频率和特征模态分析确定连续节点如何在真空假定下受现实中不连续和夹层中填充气体或泡沫的影响。研究发现,结构单元间的离散节点会大大降低网架结构的刚度和特征频率。夹层内的气体或泡沫可增加薄板动力响应中的总体阻尼,同时必然会增大薄板的共振反应。     

国家游泳中心“水立方”结构设计优化

国家游泳中心“水立方”的墙体和屋盖结构创造性地采用了新型多面体空间刚架结构体系,该结构的弦杆选用矩形钢管、腹杆选用圆钢管,节点为焊接球节点。虽然结构的构成类似网架结构,但结构构件的受力状况完全不同于网架结构的二力杆,而表现为类似空腹网架的刚接梁。杆件内力包含弯矩、轴力、剪力、扭矩,弯曲应力大于轴向应力,所以结构的优化较为复杂。本文结合具体的结构设计,全面介绍了结构设计计算中的优化内容,包括:“强墙弱盖”优化,墙体杆件和屋盖杆件选用不同应力水平控制;截面类型优化,放弃加劲肋截面而改用紧凑型截面,充分发挥截面塑性,提高结构延性;几何构成“杂交”优化,将屋盖下弦贯通内墙,为减小屋盖与墙体交界处杆件过大的弯曲应力而附加少数腹杆,形成局部汇交力系;“铰接”优化,采用铰接计算处理策略,将少数弯曲应力较大无法满足规范要求的杆件两端处理为铰接,加强其周围相关杆件,再刚接迭代计算,较好满足承载力要求;“强节点弱杆件”优化,提高结构延     

焊接球节点刚度对网架内力和挠度的影响分析

本在焊接球节点网架分析过程中考虑了焊接球节点的轴力刚度和弯曲刚度，且采用结构通用程序SAP 5对焊接球节点进行了有限元分析和计算，并引入正交设计概念．同时，通过对计算结果的回归分析．给出了以球径D、壁厚δ等为参敷的轴力柔度系数，和弯曲刚度kr的通式．对网架轩件不仅考虑其轴向受压或受拉．还考虑其受弯和受扭，利用以Timoehenko为代表的传统梁柱理论和具有端部弹簧的非线性梁柱单元作为网架杆件的分析模型．导出了改进的局部坐标系下的杆件单元刚度矩阵．进而对网架整体进行非线性有限元分析，并相应编制出一套计算网架结构内力和挠度的计算程序．最后对正放四角锥网架进行了算例分析，并对其计算结果和一般网架程序计算结果进行了比较。     

南京牛首山佛顶宫大穹顶树状柱结构设计

南京牛首山佛顶宫大穹顶由于其特殊的艺术造型要求,采用钢结构树状柱作为大穹顶的主要支撑体系,树状柱与穹顶采用铰接节点连接;为确保结构设计的安全可靠,采用ANSYS软件对树状柱进行了整体非线性稳定分析,结果表明树状柱的承载能力满足设计要求;对树状柱关键节点进行了有限元模拟,结果表明节点设计合理有效;对计算中的模型假定、长度系数取值、荷载取值等基础计算条件进行了介绍,并对计算结果进行了探讨,论证了本项目的合理性及安全性。     

半刚性连接平面钢结构弹性分析的普遍模型

在半刚性连接平面钢结构基本假定的基础上 ,从经典的单元模型 (刚度方程 )出发 ,用严格的数学推导建立了杆件两端可具有任意连接刚度的平面钢结构的一般弹性分析计算模型。当模型中的连接约束参数取特殊值时 ,可退化为经典的计算模型 (完全刚性连接和完全铰接 ) ,使模型具有一般性。通过算例对计算模型进行了分析比较     

平面网架与混凝土结构协同受力分析及主要设计要点研究

分别以某办公楼及某公路收费棚为例,分析了网架-下部结构共同工作的原理,对比分析了在考虑上下部整体模型与纯网架模型时的不同计算结果.在对网架支座模拟时,分别以铰接支座、弹性支座模拟下部支撑结构,研究在不同模型情况下,网架杆件内力、竖向位移及不同荷载工况下支座反力的响应情况.分析表明:对于整体混凝土结构中的局部网架,可按铰...