基于箱型構(gòu)件十字隔板焊接節(jié)點的大跨度單層網(wǎng)殼研究.pdf

1、于家堡站站房屋蓋采用單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，是本論文研究依托的工程，其南北向跨度為143.9m，東西向跨度為80.9m，結(jié)構(gòu)矢高為25.8m，是目前國內(nèi)跨度最大的單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，其建筑造型模仿貝殼的形狀和雙螺旋線型，焊接箱型桿件布置呈螺旋發(fā)散狀，形成了一系列獨有的工程特點：網(wǎng)格形狀大小無一相同、一個節(jié)點一種構(gòu)造、桿件同時承受軸力、雙向彎矩、雙向剪力以及扭矩的復(fù)雜內(nèi)力等?？紤]這些工程特點，本工程深入研究十字隔板焊接節(jié)點，并首次將其應(yīng)用在大跨度單層網(wǎng)殼

2、結(jié)構(gòu)中。這種節(jié)點形式較好地解決了本工程“一個節(jié)點一種構(gòu)造”的難題，成為本工程的一個特色。
　　對于于家堡單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的基本性能進行分析，并對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的約束方式和支撐方案進行對比分析。對于于家堡單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進行研究，并分別分析荷載條件與約束條件對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響。
　　對于十字隔板焊接節(jié)點，雖然節(jié)點構(gòu)造簡單，傳力明確，但工程上的應(yīng)用不多，少數(shù)應(yīng)用也僅是根據(jù)經(jīng)驗使用，并未對節(jié)點的承載力和剛度進行系統(tǒng)分析，更缺少理論計

3、算公式。因此，針對十字隔板焊接節(jié)點，使用Ansys有限元軟件對平面節(jié)點、空間節(jié)點、對稱節(jié)點、不對稱節(jié)點等各類節(jié)點進行建模分析，分別研究節(jié)點在軸力、平面外彎矩、平面內(nèi)彎矩、純扭作用下的破壞機理。
　　針對十字隔板焊接節(jié)點，對其進行參數(shù)化分析，對比分析桿件尺寸、節(jié)點板尺寸、桿件夾角、所受荷載種類等參數(shù)對節(jié)點承載力的影響；并根據(jù)有限元分析結(jié)果，歸納、推導(dǎo)節(jié)點在軸力、面外彎矩、面內(nèi)彎矩和復(fù)雜荷載作用下的承載力計算公式。
　　針對本工

4、程中特有的十字隔板焊接節(jié)點，以及本工程中用到的其他復(fù)雜節(jié)點，在網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中選取典型節(jié)點，進行復(fù)雜荷載作用下的試驗研究，確定節(jié)點自身強度及安全度，驗證有限元分析結(jié)果的準確性，進而為整體網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的安全性評估提供依據(jù)。
　　為保證復(fù)雜荷載試驗的可行性和可操作性，對焊接箱型桿件所承受的荷載進行適當?shù)暮喕偷刃Q算，最終實現(xiàn)了使用2個千斤頂同時加載壓、彎、剪、扭等6個內(nèi)力分量的效果。并對有限元模型進行逐步修正，分別模擬構(gòu)件的不同工作狀態(tài)，模擬

5、狀態(tài)逐步接近實際的試驗狀態(tài)，并與試驗結(jié)果進行對比。驗證了荷載簡化、等效方法的合理性，分析了試驗誤差及產(chǎn)生原因，同時通過修正有限元模型減少試驗誤差對試驗結(jié)果的影響。
　　為了研究節(jié)點剛度對整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能的影響，本文提出了簡單易行的雙單元法，并采用該方法對于家堡單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進行了分析，得到了節(jié)點剛度對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能的影響。為了研究結(jié)構(gòu)不同區(qū)域節(jié)點剛度對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響，進行了敏感性分析。分析結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)不同位置的節(jié)點剛度對結(jié)

6、構(gòu)的穩(wěn)定荷載有不同的影響。
　　本文基于多尺度建模技術(shù)對于家堡單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的自振特性和動力響應(yīng)進行了分析，用實體單元對典型節(jié)點進行建模，并將多尺度模型的動力特性與傳統(tǒng)梁單元模型進行對比。分析結(jié)果表明精細化節(jié)點的引入會引起整體結(jié)構(gòu)剛度分布的變化，繼而引起整體結(jié)構(gòu)自振頻率及自振振型的改變，且主要表現(xiàn)為振型的改變；同時由于引入局部精細化節(jié)點引起結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)變化，變化大小隨典型節(jié)點或桿件與精細化節(jié)點的相對位置而改變，精細化節(jié)點在多遇地震下