r - The Hong Kong Polytechnic University

与 考 虑 双 重 非 线 性 的 空 间 梁 单 元 网 壳 模 型 极 限 承 载 力 24.2kN 相 比 , 考 虑 空 心 球 节 点 的 壳 单 元 精
细 化 网 壳 模 型 的 极 限 承 载 力 增 加 到 28.1kN, 可 见 球 节 点 的 加 入 使 得 结 构 的 整 体 稳 定 性 得 到 了 提 高 。
当 网 壳 的 节 点 设 计 正 确 时 , 梁 单 元 模 型 和 考 虑 空 心 球 节 点 的 精 细 化 模 型 分 析 的 结 果 基 本 一 致 ,
梁 单 元 模 型 在 材 料 进 入 塑 性 后 很 快 到 达 极 限 荷 载 。 而 精 细 化 模 型 前 期 与 梁 单 元 模 型 几 乎 重 合 , 超 越
梁 单 元 模 型 的 极 限 荷 载 后 , 荷 载 - 位 移 曲 线 有 一 个 转 折 , 揭 示 出 材 料 进 入 塑 性 后 结 构 刚 度 的 下 降 , 弹
塑 性 经 过 一 定 发 展 后 到 达 极 限 荷 载 。
三 、 球 节 点 壁 厚 对 网 壳 的 影 响
模 型 钢 管 选 为 Ф18×2, 焊 接 球 节 点 直 径 为 60mm, 球 节 点 壁 厚 选 取 如 表 1 所 示 , 采 用 弧 长 法 对
网 壳 加 载 过 程 进 行 跟 踪 , 不 同 节 点 壁 厚 的 精 细 化 模 型 和 空 间 梁 单 元 模 型 的 荷 载 - 位 移 曲 线 如 图 4 所
示 。 分 析 得 出 :
(1) 当 节 点 壁 厚 在 2~3mm 范 围 内 ,
即 节 点 壁 厚 与 杆 件 壁 厚 之 比 为 1~1.5 倍
表 1 焊 接 空 心 球 节 点 壁 厚 t
时 , 由 于 球 壁 厚 的 增 加 使 节 点 的 刚 度 迅
速 提 增 强 , 网 壳 的 极 限 荷 载 相 应 地 有 较
大 幅 度 提 高 。 当 节 点 壁 厚 在 3~5mm 范
围 内 , 即 节 点 壁 厚 与 杆 件 壁 厚 之 比 为
1.5~2.5 倍 变 化 时 , 虽 然 节 点 刚 度 继 续 增
加 , 但 球 节 点 的 刚 度 已 接 近 网 壳 对 节 点
刚 度 的 最 大 要 求 , 因 而 极 限 荷 载 变 化 很
小 。
(2) 文 献 [7] 中 规 定 空 心 球 壁 厚 与 钢
管 最 大 壁 厚 的 比 值 宜 选 用 1.5~2.0, 由
精 细 化 模 型 的 计 算 分 析 可 知 : 球 节 点 壁
厚 取 1.5 倍 杆 件 壁 厚 以 上 时 , 可 按 刚 接 节
[7]
点 考 虑 , 证 明 网 壳 规 程 的 构 造 规 定 正 确
合 理 。
(3) 传 统 梁 单 元 模 型 的 极 限 荷 载 为
24.2kN。 而 精 细 化 模 型 当 节 点 壁 厚 t 达 到
3mm 以 后 , 网 壳 的 极 限 荷 载 保 持 为
球 节 点 壁 厚 t (mm)
球 壁 厚 与 管 壁 厚 比 值
2
1
2.4
1.2
3
1.5
4
2
5
2.5
27.3kN 以 上 , 可 见 采 用 壳 单 元 的 精 细 化 图 4 不 同 球 节 点 壁 厚 的 网 壳 荷 载 - 位 移 曲 线
数 值 分 析 方 法 能 反 映 出 球 节 点 使 网 壳 极
限 荷 载 提 高 。
0
1.079
2.157
3.236
4.314
5.393
6.472
7.55
8.629
9.707
0
.507347 1.015 1.522
2.029
2.537
3.044
3.551
4.059
4.566
0
.394885 .78977 1.185
1.58
1.974
2.369
2.764
3.159
3.554
(a) 球 壁 厚 t=2mm (b) 球 壁 厚 t=3mm (c) 球 壁 厚 t=5mm
图 5 不 同 球 节 点 壁 厚 的 网 壳 位 移 图
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