環(huán)形張拉整體結(jié)構(gòu)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(diǎn)承載力研究和實(shí)用計(jì)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(jié)構(gòu)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(diǎn)承載力研究和實(shí)用計(jì)算方法。以下將分別對(duì)這兩部分內(nèi)容進(jìn)行介紹。 張拉整體結(jié)構(gòu)是一種由受拉構(gòu)件(索)和受壓構(gòu)件(壓桿)構(gòu)成的索桿結(jié)構(gòu)。Tensegrity一詞是tensile和integrity兩詞的縮寫，首先由美國(guó)人Fuller提出。自Snelson在1948年制作了第一個(gè)張拉整體結(jié)構(gòu)的模型以來，在過去的60年里，學(xué)

2、者們對(duì)各種不同的張拉整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。在這些研究中，正圓柱形張拉整體結(jié)構(gòu)和球形張拉整體結(jié)構(gòu)是被研究得最多的兩種基本張拉整體結(jié)構(gòu)。一些學(xué)者，如Sultan和Nishimura，對(duì)這兩種基本張拉整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)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?fù)湫螒B(tài)，環(huán)形張拉整體結(jié)構(gòu)卻很少受到學(xué)者和工程師們的關(guān)注。本文提出了一種全新拓?fù)湫问降沫h(huán)形張拉整體結(jié)構(gòu)，并對(duì)其進(jìn)行了多方面的研究。 首先本文對(duì)這種新的環(huán)形張

3、拉整體結(jié)構(gòu)的拓?fù)浜驼倚螁栴}進(jìn)行了詳細(xì)的研究，提出了一般環(huán)形張拉整體結(jié)構(gòu)找形的通用步驟，并對(duì)于簡(jiǎn)單環(huán)形張拉整體結(jié)構(gòu)給出了解析解。然后，本文對(duì)環(huán)形張拉整體結(jié)構(gòu)的靜力和動(dòng)力特性進(jìn)行了初步分析。同時(shí)，通過把環(huán)形張拉整體結(jié)構(gòu)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(duì)其找形方法和結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行了分析。在環(huán)形張拉整體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，本文還對(duì)其結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了拓展，提出了新型拓?fù)潢P(guān)系的正圓柱形張拉整體結(jié)構(gòu)，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(diǎn)是網(wǎng)架、網(wǎng)殼中應(yīng)用最廣的節(jié)點(diǎn)形式之一。在實(shí)際單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中，焊接空心球節(jié)點(diǎn)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(jié)構(gòu)，如2008年北京奧運(yùn)會(huì)國(guó)家游泳中心“水立方”，桿件同時(shí)受較大的軸力和彎矩作用，這就給焊接空心球節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)提出了新的課題。 焊接空心球節(jié)點(diǎn)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(yàn)研究已進(jìn)行了多年，

5、但對(duì)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(diǎn)的受力性能與設(shè)計(jì)方法的研究尚屬空白， 本文根據(jù)實(shí)際單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中焊接空心球節(jié)點(diǎn)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(diǎn)，采用八節(jié)點(diǎn)六面體實(shí)體單元SOLID45、理想彈塑性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系和Von-Mises屈服準(zhǔn)則，同時(shí)考慮幾何非線性，建立了焊接空心球節(jié)點(diǎn)的有限元模型，對(duì)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(diǎn)進(jìn)行大量