K6型单层球面木网壳稳定承载力非线性分析

针对4组不同节点构造、矢跨比的木结构网壳试验模型,采用ANSYS软件中的Beam189非线性梁单元模拟连接节点的半刚性特征,开展基于多段梁模型的网壳承载力全过程非线性有限元分析。通过对比有限元与试验结果在荷载-位移全过程曲线、破坏模式以及极限承载力等方面的吻合度,判断多段梁方法在木结构网壳稳定性分析上的可行性。研究发现:多段梁方法与试验结果较吻合,多段梁分析方法可有效揭示木网壳的破坏机理;矢跨比是影响单层木网壳破坏形式的主要因素,大矢跨比易出现强度破坏,小矢跨比易出现稳定破坏,节点刚度对小矢跨比模型的影响程度更加明显;弹塑性分析时,木结构网壳的极限承载力建议按弹性多段梁有限元分析承载力的40%取值。研究成果以期为木网壳非线性稳定承载力的进一步研究提供借鉴。

考虑节点域轴向滑移刚度的K6型单层球面木网壳稳定性分析

利用ANSYS软件中的Combin39非线性弹簧单元模拟木网壳节点域的各向连接,建立K6型单层球面木网壳模型,开展全过程稳定性分析,分析节点域轴向滑移刚度对网壳整体稳定性的影响。结果表明:考虑节点轴向滑移变形易造成网壳整体竖向刚度下降,部分木杆件由轴向受力转化为弯屈受力为主,最终影响到网壳的破坏模式及极限承载力;节点处杆端与钢榖间存在的间隙,造成钢榖无法限制节点的受力滑移,使节点轴向滑移刚度对网壳整体性能的不利影响充分发挥;节点轴向滑移刚度对网壳性能的影响程度随着网壳跨度的增加呈微弱的增长趋势;节点刚度对不同矢跨比网壳的影响并非线性关系,存在最不利矢跨比情况;随着网壳分频数的增加,造成节点数量增加,从而加大了节点轴向滑移刚度对网壳的影响程度。

单层球面木网壳结构研究现状

单层球面木网壳结构是具代表性且应用较多的一种大跨空间木结构形式。从单层木网壳整体结构、节点形式及其力学性能等方面,阐述了国内外单层球面木网壳结构的相关研究与应用成果,提出了单层球面木网壳结构研究中需关注的几个问题,如抗震性能、施工误差影响、新型节点形式的研究等,对我国今后的大跨度木结构研究与应用具有一定的参考意义。

K6型单层球面木网壳整体稳定性能研究

为了研究K6型单层球面半刚性木网壳结构的整体稳定性能,基于欧洲规范EN 1995-1-1中相关公式,计算销轴类紧固件滑移刚度及承载力,确定实际工程中常用的插板式节点的简化弯矩-转角曲线,并在ANSYS软件中采用COMBIN39非线性弹簧单元模拟节点的抗弯半刚性,通过有限元分析研究不同参数对一阶线性屈曲系数、考虑初始缺陷的弹性及弹塑性极限承载力系数,以及塑性折减系数的影响。单一变量参数分析结果表明,高跨比、跨度、截面尺寸和初始缺陷对稳定承载力影响很大,实际节点紧固件的布置模式减小了节点刚度的变化幅度,限制了节点半刚性的影响。通过变化参数得到的6480个算例,统计不同高跨比和节点刚度折减系数下的塑性折减系数,其值均小于钢网壳规范建议值(0.47)。