焊接球节点和相贯节点单层柱面网壳的精细化有限元研究-refined finite element study on single-layer cylindrical reticulated shell with welded ball joints and intersecting joints.docx

国内图书分类号：TU393学校代码：10213国际图书分类号：624密级：公开工程硕士学位论文焊接球节点和相贯节点单层柱面网壳的 精细化有限元分析硕 士研究 生：杨冕导师：顾磊 副教授申请学位：工程硕士学科：建筑与土木工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2013 年 6 月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classified Index: TU393 U.D.C: 624Dissertation for the Master’s Degree in EngineeringFINITE ELEMENT REFINEMENT ANALYSIS FOR SINGLE-LAYER RETICULATED VAULTS WITH WELDED HOLLOW SPHERICAL JOINT AND TUBULAR JOINTCandidate：Yang MianSupervisor：Associate Prof. Gu LeiAcademic Degree Applied for：Master’s of EngineeringSpeciality：Architectural and CivilEngineeringAffiliation：Shenzhen Graduate SchoolDate of Defence：June, 2013Degree-Conferring-Institution：Harbin Institute of Technology摘要网壳结构具有跨度大、自重轻的特点，因此在网壳的设计中稳定性显得尤其 重要。对于其中应用较为广泛的单层柱面网壳，节点构造和支承方式会对其稳定 性产生重要影响。单层柱面网壳的节点形式最常采用焊接空心球节点，也可采用 相贯节点的形式。节点在网壳中常常连接不在同一平面内的多根杆件，受力复杂， 而且节点进入塑性后的刚度与加载历史有关。因此，研究节点对网壳稳定性的影 响时不应将节点单独分离出来进行分析。本文选择焊接球节点和相贯节点两种形式，选择纵边支承和四边支承两种边 界条件，研究节点构造对单层柱面网壳稳定性的影响。文中节点和杆件均采用 ANSYS 中的 Shell181 单元来模拟，节点按实际构造建模。由此建立的精细化模 型既能考虑到在特定的复杂受力状态下节点的刚度、强度和节点大小对整体稳定 性的影响，还能考虑到杆件可能发生的弯曲破坏。同时考虑了节点与整体结构的 相互影响。主要内容有如下部分：选定合理的结构模型，确定了在计算过程中材料非线性不能被忽略，确定了 壳单元的网格划分尺寸。分别建立了两种节点形式的精细化壳单元模型，并与传 统梁单元模型进行了对比。分析焊接球节点参数（球壁厚、球直径）变化对网壳稳定性的影响，按两种 支承方式分别进行分析。分析过程包括对荷载位移曲线的分析、对失稳模态的分 析、对失稳时塑性与应力分布规律的分析以及对失稳过程中塑性发展历程的分析。 表明球壁厚与杆件壁厚之比大于 1.8 后，网壳极限承载力相对保持不变，塑性和 应力分布合理。分析相贯节点参数（主管壁厚）变化对网壳稳定性的影响，分析过程同上。 表明相贯节点的主管壁厚与支管壁厚之比大于 1.8 后，主管壁厚对极限承载力的影响相对较小，塑性与应力分布合理。 分别对上文的两种节点形式提出了几种节点加强措施，分析按何种方式进行加强能达到最佳效果。对于焊接球节点，选取了分别在三个方向布置加劲肋方式 进行对比。发现加劲肋所在平面与网壳柱面的切面平行时效果是最好的，加劲肋横向布置的效果次之，纵向布置时基本无效。对于相贯节点，采用设内加劲环和 设外加劲板的方式，其中设内加劲环效果最好。关键词：单层柱面网壳；节点半刚性；焊接球节点；相贯节点；节点加强I -AbstractAs reticulate shell has the characteristics of large span and light weight，stability is a particularly important factor to consider in design of the shell. The single-layer reticulated vaults are widely used and the support and the joint style will have a major impact on its stability. The most commonly used form of joint in reticulated vaults is welded hollow spherical joints, may also tubular joint. The joints in shell are often connecte