半刚性节点单层球面网壳抗震性能研究

论文摘要

网壳结构设计中,通常把螺栓球节点作为铰接节点处理,认为其不具有抗弯能力,因而不能应用在单层网壳中。事实上,螺栓球节点并不是完全的铰接节点,它具有一定的抗弯刚度,是介于铰接和刚接之间的一种半刚性节点,而且螺栓球节点网壳施工简便,外形美观,具有很好的工程应用价值,因此对这类半刚性节点网壳开展具有针对性的研究具有重要的工程意义。在查阅大量研究文献的基础上,对半刚性节点单层球面网壳的研究现状及网壳结构抗震分析研究现状进行了总结。利用文献中的弯矩-转角曲线建立了半刚性网壳结构的动力有限元模型并系统阐述了基于ANSYS软件的模态分析和时程分析原理。在建立的半刚性节点网壳模型基础上,系统研究了K6、K8型半刚性网壳的自振特性及与刚性网壳的区别,包括自振频率分布,振型变化规律。对30m、40m、50m跨度的网壳结构开展了大规模参数分析,研究了矢跨比、屋面荷载、杆件截面、节点弯曲刚度、跨度等参数对结构自振特性的影响。对半刚性网壳的自振特性有了一定认识后,利用时程分析法对大量半刚性节点单层球面网壳结构在常遇地震作用下的动力响应进行计算。基于修正的地震内力系数计算方法,系统研究了半刚性网壳地震内力系数的变化规律,包括地震波、矢跨比、屋面荷载、杆件截面、节点弯曲刚度、跨度等多种参数的影响。为简化工程设计,提出半刚性节点单层球面网壳抗震设计方法,即提出了地震内力调整系数的概念,并在一定保证率的前提下给出工程设计初步建议取值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 半刚性节点网壳的特点
• 1.3 半刚性节点网壳研究现状
• 1.4 网壳抗震分析研究现状
• 1.5 本文主要工作
• 第2章 半刚性节点网壳结构动力有限元分析
• 2.1 引言
• 2.2 半刚性节点网壳有限元模型
• 2.2.1 节点刚度的数值模拟
• 2.2.2 整体有限元模型的构建
• 2.3 模态分析方法
• 2.4 网壳结构地震响应分析方法
• 2.5 基于ANSYS程序的动力时程分析方法
• 2.5.1 时程分析法基本思路和步骤
• 2.5.2 Newmark-β逐步积分法
• 2.5.3 Newton-Raphson平衡迭代法
• 2.6 本章小结
• 第3章 半刚性节点单层球面网壳自振特性研究
• 3.1 引言
• 3.2 典型算例分析
• 3.3 参数分析方案
• 3.4 结构参数对自振频率影响规律分析
• 3.4.1 矢跨比的影响
• 3.4.2 屋面荷载的影响
• 3.4.3 杆件截面的影响
• 3.4.4 节点弯曲刚度的影响
• 3.4.5 跨度的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 半刚性节点单层球面网壳地震响应分析
• 4.1 引言
• 4.2 地震内力系数定义
• 4.3 地震动的选取与典型算例分析
• 4.3.1 地震动的选取
• 4.3.2 典型算例分析
• 4.4 参数分析方案
• 4.5 结构参数对地震内力系数影响规律分析
• 4.5.1 不同地震动的影响
• 4.5.2 屋面荷载的影响
• 4.5.3 矢跨比的影响
• 4.5.4 杆件截面的影响
• 4.5.5 节点弯曲刚度的影响
• 4.5.6 跨度的影响
• 4.6 半刚性节点球面网壳动力位移响应分析
• 4.7 本章小结
• 第5章 半刚性节点单层球面网壳抗震设计方法
• 5.1 引言
• 5.2 地震内力调整系数定义
• 5.3 地震内力调整系数建议取值
• 5.4 典型算例验证
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢