后張拉整體成形局部雙層柱面網(wǎng)殼節(jié)點(diǎn)分析及適用節(jié)點(diǎn)剛度研究.pdf

1、后張拉整體成形網(wǎng)殼是一種新型的空間結(jié)構(gòu)體系形式,是預(yù)應(yīng)力技術(shù)在空間結(jié)構(gòu)建造中的創(chuàng)新應(yīng)用。這種結(jié)構(gòu)體系的原理是:初始體系為單弦桿平板網(wǎng)架,其中的部分下弦桿長度短于下弦節(jié)點(diǎn)間距離而留有縫隙,并且設(shè)置有內(nèi)穿張拉鋼絲束;施工時(shí)通過張拉鋼絲束,使下弦桿縫隙逐漸閉合,平板網(wǎng)架逐漸起拱最終成形為空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。這種新型空間結(jié)構(gòu)體系將預(yù)應(yīng)力技術(shù)引入網(wǎng)殼施工過程,使得網(wǎng)殼的拼裝及張拉過程都可以在地面完成,并且平面外腹桿的采用提高了成形后結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性,具

2、有良好的應(yīng)用前景,但仍有許多關(guān)鍵性問題研究不足,有待解決。
　　本文從促進(jìn)工程實(shí)用化的角度出發(fā),在前人研究的基礎(chǔ)上,選用一種正方形平面四棱錐網(wǎng)格平板網(wǎng)架作為初始張拉模型,采用有限元軟件Abaqus6.10對后張拉整體成形局部雙層柱面網(wǎng)殼的節(jié)點(diǎn)適用性進(jìn)行研究,并進(jìn)一步提出適用的新型節(jié)點(diǎn)。
　　在節(jié)點(diǎn)適用性的研究中,本文主要從節(jié)點(diǎn)連接方式對于網(wǎng)殼成形形狀和張拉初應(yīng)力的影響這兩個(gè)方面入手。利用負(fù)溫度縮短下弦桿的方式來模擬張拉過程,

3、并且考慮幾何非線性與材料非線性的影響,對比不同節(jié)點(diǎn)連接方式的網(wǎng)架模型。分析結(jié)果表明:桿件與節(jié)點(diǎn)的連接剛度對于后張拉整體成形網(wǎng)殼的成形形狀和成形初應(yīng)力均有影響,且變化趨勢均相同,但對于成形形狀的影響較小,對于成形初應(yīng)力的影響較大;各連接中,與張拉方向同向的上弦桿與節(jié)點(diǎn)的連接影響最大。結(jié)合前人對局部雙層柱面網(wǎng)殼承載階段的分析,提出適用節(jié)點(diǎn)應(yīng)當(dāng)滿足成形與承載兩階段不同的剛度需要。
　　在適用節(jié)點(diǎn)的剛度研究中,本文首先根據(jù)適用性的需求,從

4、工程應(yīng)用出發(fā),提出一種新型剛鉸轉(zhuǎn)化空心球節(jié)點(diǎn)。這種節(jié)點(diǎn)通過構(gòu)造單向鉸來滿足張拉階段節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)剛度低的需要,成形后將幾塊連接板焊接起來,達(dá)到承載階段增大剛度的要求。對節(jié)點(diǎn)實(shí)體進(jìn)行有限元模擬分析,結(jié)果表明:剛鉸轉(zhuǎn)化空心球新型節(jié)點(diǎn)可以滿足網(wǎng)殼兩階段不同的剛度需求;桿件焊接板的連接強(qiáng)度對節(jié)點(diǎn)加固后的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度影響最大。在分析結(jié)果基礎(chǔ)上,用二次正交線性多項(xiàng)式對節(jié)點(diǎn)剛度進(jìn)行了回歸分析,得出參考的回歸公式。
　　最后,總結(jié)本文研究工作,并對后張拉整