节点刚度对单层球面网壳结构整体稳定性的影响

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网壳结构是将杆件沿某个曲面有规律布置而成的空间结构体系,它受力合理,整体刚度好,可覆盖大跨度空间,是大跨度空间结构的一种主要结构型式。网壳结构总的发展趋势是跨度和规模越来越大,而随着网壳跨度增大和厚度变薄,其稳定性问题也日益突出。目前对于网壳结构稳定影响因素的研究,大多集中于网壳类型、几何尺寸、荷载条件、边界条件、初始缺陷等方面,对于节点刚度的研究还相对较少。传统的设计方法一般把单层网壳结构的节点假定为完全刚接,这样简化是否正确还有待考证。因此,有必要研究节点刚度对网壳结构稳定性的影响,以考查传统设计方法中简化假定的合理性。本文即在上述背景下总结网壳结构常用的焊接空心球节点的节点刚度计算方法,研究焊接球连接节点刚度对单层肋环型、K6型、联方型球面网壳结构整体稳定性的影响,其中考虑了几何缺陷、不同跨度和矢跨比等因素的影响。分析时利用ANSYS软件建立单层球面网壳结构的空间三维模型,通过Matrix27单元引入节点刚度,对网壳结构进行考虑节点刚度的线性屈曲分析和非线性屈曲分析,得到网壳结构的特征值、屈曲模态和荷载一位移曲线,据此分析节点刚度对单层球面网壳结构稳定性的影响。通过分析可发现,焊接球连接节点刚度对单层肋环型球面网壳结构的整体稳定性的影响较大,可使其极限承载力最大下降为刚接时的75%,对单层K6型、联方型球面网壳结构整体稳定性的影响次之,可使其极限承载力最大分别下降为刚接时的88%和89%。可见传统网壳设计方法节点理想刚接的简化存在安全隐患,节点刚度对网壳整体稳定性的影响不能忽略,它跟网壳形式、网壳尺寸、节点刚度大小等因素有关,需具体情况具体分析。
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