焊接空心球节点网壳结构的节点刚度等效刚臂换算研究

焊接空心球节点是网壳结构中常用的节点形式。本文提出了一种等效刚臂换算方法考虑焊接空心球节点刚度,并利用ANSYS有限元软件建立焊接空心球节点网壳结构的传统的梁单元模型和等效刚臂换算法的模型,对40m跨度的焊接空心球节点单层球面网壳进行静力和稳定性能分析,并进行了对比,讨论了设计中焊接空心球节点刚度对网壳整体结构刚度及稳定性的影响。同时,还研究考虑有限元软件计算中梁单元的计算精度对计算结果的影响。本文对焊接空心球节点单层网壳结构设计工作中考虑焊接空心球节点等效刚臂作用的意义提出了建议。     

焊接球单层球面网壳精细化有限元分析

采用ANSYS软件中的SHELL181壳单元模拟钢管杆件和空心球节点,建立了一个K6（2）型单层球面网壳的精细化有限元模型,考虑几何非线性和材料弹塑性的双重非线性,并通过精细化分析与传统的梁单元模型分析的对比,得到了单层球面网壳极限破坏时杆件和节点塑性应力分布、细部破坏模式。在此基础上进行了参数分析,研究了焊接球节点壁...     

不增加总自由度数的考虑焊接空心球节点影响的单层网壳结构几何非线性有限元分析

本文基于焊接空心球节点单层网壳结构的构造特点,给出了一种不增加总自由度数的考虑焊接空心球节点影响的单层网壳结构几何非线性有限元分析方法。与普通的单层网壳结构几何非线性空间梁单元法相比,该方法在每一荷载增量步中增加了焊接空心球节点对结构受力影响的近似计算过程。该过程包括球节点上不平衡力的计算、分配及修正位移增量计算,而修正位移增量计算采用的是本增量步的切线刚度矩阵,因此实际增加的计算量并不大。     

焊接空心鼓节点在单层网壳结构中的应用研究

通过对一具有足尺节点的单层球面网壳模型静力试验和非线性有限元计算 ,分析了焊接空心鼓节点的刚度对单层网壳结构受力性能的影响 ,研究了该类节点的网壳结构非线性计算模型的适用性 ,并对焊接球承载力进行了修正 ,对于焊接空心鼓节点在网壳结构中的推广应用有实际意义     

半刚性螺栓球节点空间网壳结构受力性能研究

空间结构中常用的节点多数都是介于刚接和铰接之间的一种半刚性节点。国内对用于空间结构中的半刚性节点以及半刚性节点网壳的研究目前还比较少。基于半刚性节点的试验研究,得到了螺栓球半刚性节点在弯矩荷载和压弯荷载共同作用下的弯矩-转角曲线。利用大型通用有限元分析软件ANSYS建立了用于空间半刚性网壳结构的有限元分析模型。最后,将由试验得到的节点的弯曲刚度带入半刚性凯威特单层网壳的数值模型中,考虑几何参数和节点刚度对半刚性网壳稳定性的影响,展开了大规模的弹塑性全过程分析,通过系统的参数分析,较为全面地掌握了半刚性单层网壳的稳定性能,并进一步总结得出了螺栓球半刚性节点单层球面网壳的稳定承载力公式。     

球节点刚度对单层柱面网壳地震响应影响随PGA变化的规律

已有研究发现单层柱面网壳焊接空心球节点刚度对结构的地震响应有一定影响,为了解此影响随PGA(地震动峰值加速度)变化的规律,对相同尺寸的单层柱面网壳精细化模型和常用模型进行了地震响应对比分析。其中精细化模型是按照空心球节点和钢管杆件的实际尺寸建立的壳单元模型;常用模型采用梁单元建模,不考虑球节点。改变PGA后,对比2种模型相同位置节点的位移时程曲线可以看到:随着PGA的增加,精细化模型与常用模型的节点位移响应差值越来越大;PGA超过结构的失稳临界值后,随着PGA的增加,加大精细化模型节点壁厚对提高结构抗失稳能力的作用越来越小。     

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。     

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。     

焊接空心球节点的承载能力分析

依据理想弹塑性模型和Von-Mises屈服准则对不同直径的焊接空心球节点进行了非线性有限元分析.注意到大量关于焊接空心球节点的试验实际情况,对这些有限元计算结果进行了二元回归分析,从而得到了影响空心球节点承载力的主要因素与承载能力之间的关系式.与数值结果的比较表明,所提出的公式与规程JGJ7-91中的公式吻合较好,同时拓宽了规程中公式的适用范围,可适用于外径大于500mm的焊接空心球节点的承载力计算.已被《网架结构设计与施工规程》(JGJ7-91)的修订采用.     

某大跨度单层网壳结构设计研究

对某工程的大跨度单层网壳进行结构选型,采用空间结构计算软件分别建立了单层网壳带底部框架模型和单层网壳弹性支座模型,在承载力、刚度验算和整体稳定性分析后,利用有限元分析软件ANSYS Workbench对关键性的铸钢节点进行有限元分析。分析结果表明:该单层网壳结构具有较高的承载力、刚度及稳定性能,关键节点承载力高,安全性好。因此,对于采用混合结构的大跨度空间结构而言,底部框架对整体的刚度影响不容忽视,应采用带底部框架模型和简化弹性支座模型分别进行分析并取包络值作为设计依据。对初始缺陷较为敏感的单层网壳应特别注意施工过程中的加工及安装精度控制。     

一种新型后张拉整体成型网壳动力性能分析

提出一种新型后张拉整体成型局部双层球面网壳的单弦杆平板网架模型,并通过有限元软件ANSYS建立有限元模型,采用BlockLanczos法对3组缝隙值对应成型后局部双层球面网壳进行模态分析,得到网壳的自振频率和振型,并与相应成型后在单层部分环向补杆网壳进行对比分析。结果表明:成型后网壳的各阶自振频率有随成型前预留缝隙值的增大而增大的趋势;在网壳的单层部分进行环向补杆能有效提高结构刚度,使补杆网壳的各阶自振频率与非补杆网壳相比有显著提高。此外,补杆网壳与非补杆网壳都表现出复杂的动力性能,在进行网壳的动力响应分析时应特别注意。     

焊接空心球节点的拉压极限承载力分析

采用三维退化曲壳有限元对焊接空心球节点的极限承载力进行了计算。推导了其切线刚度矩阵和弹塑性矩阵,采用多线性等向强化模型和Von-Mises屈服准则,在对6组受拉节点和6组受压节点的试验结果进行了数值模拟的基础上,提出了适于有限元分析的强度破坏准则和极限准则;采用柱面弧长子增量技术,跟踪了节点在轴向荷载作用下的荷载-位移曲线。通过计算发现,焊接空心球节点在轴向受拉荷载作用下为强度破坏,而在轴向受压荷载作用下为弹塑性压曲破坏,两者均与钢材的设计强度有关。最后,在对32组受拉节点和32组受压节点承载力回归分析的基础上,提出了球外径适用范围为160～900mm的焊接空心球节点承载力计算公式。     

双曲双扭矩形钢管网壳结构设计研究

采用ANSYS通用有限元软件对临夏民族大剧院双曲双扭矩形钢管屋盖结构进行了地震非线性时程分析和风荷载作用分析;根据分析结果初步确定结构的关键构件,并考虑几何非线性和材料非线性,对网壳关键节点受力性能进行分析;建立与关键构件规格相同的通直矩形钢管,研究2种节点的塑性发展和屈曲形态。结果表明:双曲双扭矩形钢管单层网壳结构不但具有传统球面网壳结构良好的抗震性能和抗风性能,并且能够满足多样的建筑风格;通过对比双曲双扭矩形钢管节点和通直矩形钢管节点的承载力性能和屈曲形态,能够了解结构双曲双扭矩形钢管节点的特点,为后续施工提供指导,对实际工程具有重要意义。     

钢管贯通焊接球节点的有限元分析

网架(壳)结构中,当杆件的轴力较大、焊接空心球节点承载力不能满足设计要求时,采用钢管贯通焊接球来提高节点的承载力是目前最有效的措施之一。本文采用ANSYS有限元程序,弹塑性应力—应变关系和Von-Mises屈服准则,同时考虑几何非线性的影响,对钢管贯通焊接球节点的极限承载力进行了较为详细的计算分析。本文首先对六组空心球节点进行计算,并与试验结果进行对比来验证本文模型的正确性,进而研究钢管贯通焊接球在单向受力、平面受力和空间受力状态下节点的破坏模式和极限承载力,并比较了不同球壁厚钢管贯通焊接球节点的承载力。本文的分析结果对实际工程设计具有一定的指导意义。     

焊接空心球节点焊缝区拉裂和极限承载力分析

焊接节点受拉力作用易在焊缝区断裂,以焊接空心球节点为例在弹塑性非线性有限元分析基础上,分别采用等效塑性应变(EPS)准则和VC准则判断失效的材料单元,以模拟节点拉裂现象。由于球面焊趾处应力、应变集中显著,应力状态复杂,使得钢材脆性程度提高,加快破坏过程,建议采用VC准则反映应力状态对断裂的影响,确定节点的极限承载力。分析结果表明,在不考虑焊缝缺陷的情况下,EPS和VC准则计算的极限承载力数值相差仅3%左右,但是得到的断裂破坏进程不同。     

方钢管焊接空心球节点的承载力与实用计算方法研究

国家游泳中心“水立方”采用了一种新型的多面体空间刚架结构,杆件形式包括圆钢管、方钢管和矩形钢管,节点则主要采用焊接空心球节点。本文系统研究在轴力、弯矩及两者共同作用下方钢管焊接空心球节点的受力性能与承载能力。建立了采用理想弹塑性应力-应变关系、Mises屈服准则,同时考虑几何非线性的有限元分析模型,并对承受轴力、弯矩及两者共同作用的方钢管焊接球节点进行了大量的有限元参数分析。对轴力和弯矩共同作用的焊接球节点,其轴力-弯矩相关关系与节点的几何参数(包括空心球的球径、壁厚及钢管边长)无关。对若干典型节点进行了试验研究,直观了解节点的受力性能和破坏机理,并验证了有限元模型的正确性。还推导了基于冲切面剪应力破坏模型的节点承载力简化理论解,从而得到节点承载力计算公式的基本形式。最后,综合简化理论解、有限元分析和试验研究的结果,建立了轴力、弯矩及两者共同作用下方钢管焊接球节点承载力的实用计算公式,其中,对轴力和弯矩共同作     

超大直径焊接空心球类节点分析与设计

采用ANSYS大型有限元结构分析软件 ,对深圳文化中心黄金树结构进行了整体分析 ,根据整体分析的数据对结构中复杂的不规则空间结构中的超大直径焊接空心球节点进行了分析设计 ,得出了其应力分布。合理地设计了空心球节点 ,满足强度和稳定性要求。并得出了一些有用的结论。详述了空心球节点计算模型的建立和有限元分析的方法 ,以及分析过程中的约束处理和荷载施加。     

半刚性节点对单层球面网壳的影响

单层球面网壳作为网壳结构的一种常见形式,对研究网壳结构有着重要意义。随着计算机的普遍应用,模拟并研究节点半刚性已经成为可能。典型算例结果表明,NIDA程序可以准确考虑各种缺陷和设计参数对钢结构稳定承载力的影响。文章主要利用NIDA软件,在模拟节点不同刚度的情况下,研究半刚性节点对于单层球面网壳位移,内力的影响,对刚度进行静力分析。最后对单层网壳的稳定性进行部分深入研究,全面探究半刚性节点对单层球面网壳性能的影响。从而揭示一阶效应在网壳研究中的弊端,而应该采用二阶效应的研究方法,为今后单层球面网壳的进一步研究提供参考。