基于箱型構(gòu)件十字隔板焊接節(jié)點(diǎn)的大跨度單層網(wǎng)殼研究

基于箱型構(gòu)件十字隔板焊接節(jié)點(diǎn)的大跨度單層網(wǎng)殼研究于家堡站站房屋蓋采用單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu),是本論文研究依托的工程,其南北向跨度為143.9m,東西向跨度為80.9m,結(jié)構(gòu)矢高為25.8m,是目前國內(nèi)跨度最大的單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu),其建筑造型模仿貝殼的形狀和雙螺旋線型,焊接箱型桿件布置呈螺旋發(fā)散狀,形成了一系列獨(dú)有的工程特點(diǎn):網(wǎng)格形狀大小無一相同、一個(gè)節(jié)點(diǎn)一種構(gòu)造、桿件同時(shí)承受軸力、雙向彎矩、雙向剪力以及扭矩的復(fù)雜內(nèi)力等?？紤]這些工程特點(diǎn),本工程深入研究十字隔板焊接節(jié)點(diǎn),并首次將其應(yīng)用在大跨度單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中。這種節(jié)點(diǎn)形式較好地解決了本工程“一個(gè)節(jié)點(diǎn)一種構(gòu)造”的難題,成為本工程的一個(gè)特色。對于于家堡單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的基本性能進(jìn)行分析,并對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的約束方式和支撐方案進(jìn)行對比分析。對于于家堡單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行研究,并分別分析荷載條件與約束條件對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響。對于十字隔板焊接節(jié)點(diǎn),雖然節(jié)點(diǎn)構(gòu)造簡單,傳力明確,但工程上的應(yīng)用不多,少數(shù)應(yīng)用也僅是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)使用,并未對節(jié)點(diǎn)的承載力和剛度進(jìn)行系統(tǒng)分析,更缺少理論計(jì)算公式。因此,針對十字隔板焊接節(jié)點(diǎn),使用Ansys有限元軟件對平面節(jié)點(diǎn)、空間節(jié)點(diǎn)、對稱節(jié)點(diǎn)、不對稱節(jié)點(diǎn)等各類節(jié)點(diǎn)進(jìn)行建模分析,分別研究節(jié)點(diǎn)在軸力、平面外彎矩、平面內(nèi)彎矩、純扭作用下的破壞機(jī)理。針對十字隔板焊接節(jié)點(diǎn),對其進(jìn)行參數(shù)化分析,對比分析桿件尺寸、節(jié)點(diǎn)板尺寸、桿件夾角、所受荷載種類等參數(shù)對節(jié)點(diǎn)承載力的影響;并根據(jù)有限元分析結(jié)果,歸納、推導(dǎo)節(jié)點(diǎn)在軸力、面外彎矩、面內(nèi)彎矩和復(fù)雜荷載作用下的承載力計(jì)算公式。針對本工程中特有的十字隔板焊接節(jié)點(diǎn),以及本工程中用到的其他復(fù)雜節(jié)點(diǎn),在網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中選取典型節(jié)點(diǎn),進(jìn)行復(fù)雜荷載作用下的試驗(yàn)研究,確定節(jié)點(diǎn)自身強(qiáng)度及安全度,驗(yàn)證有限元分析結(jié)果的準(zhǔn)確性,進(jìn)而為整體網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的安全性評估提供依據(jù)。為保證復(fù)雜荷載試驗(yàn)的可行性和可操作性,對焊接箱型桿件所承受的荷載進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮喕偷刃Q算,最終實(shí)現(xiàn)了使用2個(gè)千斤頂同時(shí)加載壓、彎、剪、扭等6個(gè)內(nèi)力分量的效果。并對有限元模型進(jìn)行逐步修正,分別模擬構(gòu)件的不同工作狀態(tài),模擬狀態(tài)逐步接近實(shí)際的試驗(yàn)狀態(tài),并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比。驗(yàn)證了荷載簡化、等效方法的合理性,分析了試驗(yàn)誤差及產(chǎn)生原因,同時(shí)通過修正有限元模型減少試驗(yàn)誤差對試驗(yàn)結(jié)果的影響。為了研究節(jié)點(diǎn)剛度對整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能的影響,本文提出了簡單易行的雙單元法,并采用該方法對于家堡單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析,得到了節(jié)點(diǎn)剛度對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能的影響。為了研究結(jié)構(gòu)不同區(qū)域節(jié)點(diǎn)剛度對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響,進(jìn)行了敏感性分析。分析結(jié)果表明,結(jié)構(gòu)不同位置的節(jié)點(diǎn)剛度對結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定荷載有不同的影響。本文基于多尺度建模技術(shù)對于家堡單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的自振特性和動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行了分析,用實(shí)體單元對典型節(jié)點(diǎn)進(jìn)行建模,并將多尺度模型的動(dòng)力特性與傳統(tǒng)梁單元模型進(jìn)行對比。分析結(jié)果表明精細(xì)化節(jié)點(diǎn)的引入會(huì)引起整體結(jié)構(gòu)剛度分布的變化,繼而引起整體結(jié)構(gòu)自振頻率及自振振型的改變,且主要表現(xiàn)為振型的改變;同時(shí)由于引入局部精