環(huán)形張拉整體結構的理論研究與平面內(nèi)三向軸力和彎矩共同作用下焊接空心球節(jié)點承載力研究和實用計算方法.pdf

1、本文的研究工作包括兩部分：一部分是環(huán)形張拉整體結構的理論研究，另一部分是平面內(nèi)三向軸力和彎矩共同作用下焊接空心球節(jié)點承載力研究和實用計算方法。以下將分別對這兩部分內(nèi)容進行介紹。 張拉整體結構是一種由受拉構件(索)和受壓構件(壓桿)構成的索桿結構。Tensegrity一詞是tensile和integrity兩詞的縮寫，首先由美國人Fuller提出。自Snelson在1948年制作了第一個張拉整體結構的模型以來，在過去的60年里，學

2、者們對各種不同的張拉整體結構進行了研究。在這些研究中，正圓柱形張拉整體結構和球形張拉整體結構是被研究得最多的兩種基本張拉整體結構。一些學者，如Sultan和Nishimura，對這兩種基本張拉整體結構進行了詳細的研究，并得出了其找形的解析解。 但是作為另一種基本的幾何拓撲形態(tài)，環(huán)形張拉整體結構卻很少受到學者和工程師們的關注。本文提出了一種全新拓撲形式的環(huán)形張拉整體結構，并對其進行了多方面的研究。 首先本文對這種新的環(huán)形張

3、拉整體結構的拓撲和找形問題進行了詳細的研究，提出了一般環(huán)形張拉整體結構找形的通用步驟，并對于簡單環(huán)形張拉整體結構給出了解析解。然后，本文對環(huán)形張拉整體結構的靜力和動力特性進行了初步分析。同時，通過把環(huán)形張拉整體結構作為索穹頂?shù)沫h(huán)梁，提出了一種完全張拉整體式的，自平衡的新型索穹頂體系，并對其找形方法和結構性能進行了分析。在環(huán)形張拉整體結構的基礎上，本文還對其結構形式進行了拓展，提出了新型拓撲關系的正圓柱形張拉整體結構，張拉整體曲梁，張拉整

4、體拱和張拉整體拱殼。 焊接空心球節(jié)點是網(wǎng)架、網(wǎng)殼中應用最廣的節(jié)點形式之一。在實際單層網(wǎng)殼結構中，焊接空心球節(jié)點常受到三向軸力的作用或三向軸力和彎矩的共同作用。而且隨著工程科技的發(fā)展，不斷出現(xiàn)了一些新型的空間結構，如2008年北京奧運會國家游泳中心“水立方”，桿件同時受較大的軸力和彎矩作用，這就給焊接空心球節(jié)點的設計提出了新的課題。 焊接空心球節(jié)點在單向軸力作用與單向軸力和彎矩共同作用下承載力的理論和試驗研究已進行了多年，

5、但對三向軸力作用下或三向軸力和彎矩共同作用下焊接空心球節(jié)點的受力性能與設計方法的研究尚屬空白， 本文根據(jù)實際單層網(wǎng)殼結構中焊接空心球節(jié)點常受到近似于平面內(nèi)三向軸力作用或近似于平面內(nèi)三向軸力與彎矩共同作用的特點，采用八節(jié)點六面體實體單元SOLID45、理想彈塑性應力應變關系和Von-Mises屈服準則，同時考慮幾何非線性，建立了焊接空心球節(jié)點的有限元模型，對承受平面內(nèi)三向軸力或平面內(nèi)三向軸力和彎矩共同作用下的焊接空心球節(jié)點進行大量