弦支穹顶结构静力性能与稳定性能研究

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弦支穹顶结构因为其优越的性能在大跨度结构中得到了广泛应用,现有弦支穹顶结构上部网壳结构都采用焊接空心球等刚性节点,但这导致焊接工作量大,质量控制难。网壳采用螺栓球节点可使结构安装快捷,质量有可靠保证,在弦支穹顶上部网壳中采用螺栓球节点的可行性及结构的静力性能和稳定性能具有重要的研究意义。螺栓球节点具有一定的抗弯能力,实际是一种半刚性节点。本文建立了6种不同跨度和5种不同矢跨比的半刚性节点弦支穹顶结构有限元分析模型,对其进行了非线性静力分析、特征值屈曲分析和非线性屈曲分析,并与相应的铰接和刚接弦支穹顶结构进行对比。分析了节点转动刚度、初始几何缺陷、跨度和矢跨比对半刚性节点弦支穹顶结构稳定极限承载力的影响。研究表明,节点位移和构件轴力分布与铰接弦支穹顶结构相近;节点的半刚性对稳定承载力提升显著,提升比例随着节点转动刚度的增加呈线性增长,在小跨度和小矢跨比弦支穹顶结构中提升更加明显,并改善了铰接弦支穹顶结构对初始几何缺陷的敏感性。  提出了中心区域节点刚接弦支穹顶结构,对此种结构进行了非线性静力分析、特征值屈曲分析和非线性屈曲分析,并与相应的铰接和刚接弦支穹顶结构进行对比。分析了刚接圈数、初始几何缺陷、跨度和矢跨比对中心区域节点刚接弦支穹顶结构稳定极限承载力的影响。研究表明,中心区域节点刚接加强了中心薄弱部位,极大地改善了铰接弦支穹顶结构对初始几何缺陷的敏感性,大幅提高了稳定承载力,且刚接节点数量少,方便施工;在不同初始几何缺陷下中心区域节点刚接弦支穹顶结构的稳定极限承载力均达到了刚接结构的60%以上,在大跨度和小矢跨比时稳定承载力更接近刚接弦支穹顶。  提出了基于弦支穹顶结构构形的双层网壳,对此种结构进行了非线性静力分析、特征值屈曲分析和非线性屈曲分析,并与相应的单层网壳及铰接、中心区域刚接和刚接弦支穹顶结构进行对比。研究表明,此种双层网壳下部杆件轴力很小,稳定承载力接近相应的弦支穹顶结构,且稳定承载力显著高于对应的单层网壳。
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