考虑不同节点连接方式的壳体结构整体承载能力研究.pdfVIP

第十届争I目Ⅲ代站构j程学术研讨台 考虑不同节点连接方式的壳体结构 整体承载能力研究4 张皓涵吴杰张其林 拯薹z建Ⅱ杆件々节点之问纯集月4接，考埠月l臂作用的连接，刚臂带转角弹簧连接和带转角弹簧的纯粱对接旧种不同连接 单R模拟杆件．COMBIN39单元模拟半剐性连接的非线性行为。通过比较四种不同连接方式舶阳光备结构撮限承 载能力．探讨螺拴连接以世节点皿杆件加厚对壳体结构承载能力的影响．为半剐性自由形态壳体结构的设计提供参 考。 关键询：半刚性连接，自由彤态．非线性有限元．转危弹簧单“引自 一、引言 阿架与网壳是近年来在建筑工程中广泛应用的一种空间结构形式，单层尾壳结构以其受力合理，用科 经济的优点．应用非常』上。泛。自由形态壳体结构，是从自然界的环境和物体中抽象出来的曲面形态．经过 数值加工，产生复杂多变的建筑一面效果。新落成的2010上海世博会虽太的单体工程——世博轴阳光谷钢 结构也采用了自由形态这一概念 囤IB 。 过去，网壳结构的分析和设计大多都足建立在其节点为剐接或铰接的基础上。然而，宴际中．有很多 网壳节点既不属于刚接节点也不属于铰接节点．而是介于两者之问的一种半刚性节点。采用螺栓连接的阳 光节点即为一种典型的半刚性节点．它具有一定的转动刚度，这种半刚性节点的网壳具有一定的平面外抗 弯承载能力．且时于自由形态球面网壳．栓接节点施工速度快．定位精度高，对于中小跨度的自由形态单 层网壳，应用前景非常可观。本文在考虑半刚性连接基础上，研究不同连接形式对阳光谷壳体结构承载性 能的影响。 ■疋’ 8 围1 2010年上海世博轴工程效果图和兰维模型 勰慧微糕㈣黠鬻艘搿器0㈣黜鬻静“ fn建筑2010埔刊 167 第十目全匿现代结构t程学术研讨会 二、栓接节点试验及数值研究 采用螺拴对接翼缘焊接节点和仅螺栓对接节点该节点是体设计参数为节点区翼缘厚度30mrn，腹板厚 19所示。 鞲≯ 雷19螺栓对接节点和节点区截面焊接详囤 利用ANSYS对试验节点建立了有限元数值模犁，并进行了设训荷载工况F的应力和变形分析。将试 验结果与有限元模拟结果做了对比。螺栓对接节点达到极限承载力时的应力云图，如图20所示。试验结果 与数值模拟结果如圈21所示。 图20螺栓对接冀缝焊接节点极限荷载作用下节点区Mists应力云图 图21试验结果与数值模拟结果对比 为了得到精确的弯矩辛 角曲线．以避行后续的整体结构分析。单独考察一根杆件的受力情况。螺栓对 入塑性发展的区域。 I业建筑20lO增刊 第十届士瑚现代结构I‘程学术讨金 嘶踞蓄届舀 阻22仅蠕栓对接节点有限元模型 对仅螺栓连接节点而言，当节点受拉时的刚度仅为三个螺枪的面积剐度．选一月慷值远低于全截面刚 度．而H连接截面t-没有焊缝约束，使得节点在低于设计荷载时就出现了裂缝．承载力迅速降低从而节点 破坏，这点与实验结果是吻合的。 为了便于分析研究及使计算结果具有较广的适应性，采用无量纲参数。MP为与该栓接节点具有相同 截面尺寸连续粱的塑性抗弯承载力，中r是施加MP时粱的转角。当施加在栓接节点轩件端的弯矩为M时． 节点变形产生相应的转角为中。图中纵坐标M，MP为无量纲弯矩．横坐标中坤，为无量纲转角。 图23不同预紧力桂接节点与焊接连接弯矩承载力 图24不同预紧力初始刚度比较 三、阳光谷单层壳体结构有限元数值分析 本文利用前面得到的弯矩．转角曲线，考虑几何忙线性和材料非线性，对阳光谷单层自由形态壳