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复杂钢结构局部壳体屈曲及铸钢节点受力分析

作　者: 张达明
导　师: 陈水福
学　校: 浙江大学
专　业: 结构工程
关键词: 复杂钢结构单层球面肋环形网壳开口球面框架非线性屈曲分析铸钢节点 ANSYS
分类号: TU391
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 213次
引　用: 2次
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内容摘要

随着城市建设的发展，越来越多造型新颖、结构复杂的高层建筑不断涌现，给结构的分析尤其是局部分析带来了难题。为达到建筑功能以及施工进度等方面的要求，许多建筑采用了钢结构的形式，这样，结构中局部受压部位的稳定问题、关键节点的受力问题往往就成为了结构设计中最为关注的问题。这些局部受力问题在常规的整体分析中一般不能得到反映，设计规范中也没有相应的条文可以套用，因此采用计算机分析方法对这些问题进行细致的研究和探讨很有必要。本文以复杂钢结构——杭州国际会议中心为研究对象，首先对其顶部的单层球面肋环形网壳进行了稳定分析，采用了两种不同的加载方式，并考查了初始缺陷、边界条件、不对称荷载以及杆件截面等因素对单层球面肋环形网壳稳定的影响，对比了它们的荷载位移曲线和极限荷载，得出了一些可供工程设计参考和应用的方法和结论。其次，对国际会议中心的薄弱部位——C形开口部位球面框架的球面框架进行了稳定分析。对分析中的几个关键问题：建模时如何正确模拟边界条件、非线性稳定分析中如何考虑结构的自重等进行了探讨，并提出了解决方案。同时重点考查了不同的模型方案、边界条件、杆件截面对开口处稳定的影响。第三，对国际会议中心杆件数量最多、受力最复杂的铸钢节点进行了受力分析。提出了新型的加载方式，并验证了其正确性。再参照铸钢节点设计规程的要求，在弹性状态下对不同单元类型、不同杆件尺寸的节点模型进行了分析与对比。然后进行了弹塑性分析，考查节点屈曲后的受力情况，并通过荷载位移曲线得到其极限荷载，并按要求验算了其折算应力。最后，论述了运用ANSYS有限元软件进行复杂结构分析的一些技巧和心得，以供结构分析和设计人员参考，还对目前存在的一些问题提出了初步的解决思路和研究方向。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-10
第一章绪论  10-21
  1.1 复杂钢结构的发展概况及特点  10-11
  1.2 杭州国际会议中心工程背景  11-13
    1.2.1 建筑概况  11-12
    1.2.2 结构概况  12-13
  1.3 本文主要内容  13-14
  1.4 网壳稳定的研究现状  14-18
    1.4.1 网壳稳定理论回顾  14-15
    1.4.2 网壳失稳模态  15-16
    1.4.3 网壳稳定的分析方法  16-18
  1.5 铸钢节点的研究现状  18-20
    1.5.1 铸钢节点的分类与应用  18-19
    1.5.2 国内铸钢节点的研究现状  19-20
  1.6 本文主要工作  20-21
第二章顶部单层球面肋环形网壳分析  21-38
  2.1 模型信息及分析流程  21-22
    2.1.1 网壳几何参数  21
    2.1.2 有限元分析流程  21-22
  2.2 加载方式与静力计算  22-24
    2.2.1 ANSYS中网壳的加载方式  22-23
    2.2.2 静力分析结果  23-24
  2.3 单层球面肋环形网壳稳定的分析与讨论  24-36
    2.3.1 分析方案的确定  24
    2.3.2 两种加载方式分析结果对比  24-26
    2.3.3 初始缺陷的影响  26-28
    2.3.4 边界条件的影响  28-31
    2.3.5 不对称荷载的影响  31-33
    2.3.6 杆件截面的影响  33-36
  2.4 本章小结  36-38
第三章 C型开口部位球面框架稳定分析  38-54
  3.1 C开口部位球面框架形状、位置及几何参数  38-39
  3.2 C形开口部位球面框架建模方案的确定  39-41
    3.2.1 截面尺寸  39-40
    3.2.2 边界条件  40-41
    3.2.3 荷载条件  41
  3.3 C形开口部位球面框架稳定分析过程与结果  41-44
    3.3.1 分析方法与过程  41-42
    3.3.2 自重的处理  42
    3.3.3 分析结果  42-44
  3.4 不同情况下 C形开口部位球面框架稳定的讨论  44-52
    3.4.1 不同的结构形式的对比  44-47
    3.4.2 不同边界条件的对比  47-49
    3.4.3 不同构件截面的对比  49-52
  3.5 本章小节  52-54
第四章复杂铸钢节点力学分析  54-73
  4.1 节点所用铸钢材料及技术指标  54
  4.2 节点信息  54-59
    4.2.1 节点位置  54-55
    4.2.2 节点几何尺寸  55-58
    4.2.3 节点荷载及坐标系  58-59
  4.3 分析方法与过程  59-62
    4.3.1 加载方式  59-60
    4.3.2 约束方式  60
    4.3.3 分析要求及过程  60-62
  4.4 分析结果对比  62-72
    4.4.1 荷载设计值阶段各个模型结果的对比  62-67
    4.4.2 节点的弹塑性全过程分析及折算应力  67-72
  4.5 本章小节  72-73
第五章 ANSYS在大型工程应用中的心得与问题  73-84
  5.1 ANSYS有限元程序的简单介绍  73
  5.2 ANSYS在大型工程应用中的体会  73-79
    5.2.1 合理选择单元  73-75
    5.2.2 巧用各种选择方式以及编组技巧  75-76
    5.2.3 运用APDL命令流  76-77
    5.2.4 其他注意的问题  77-79
  5.3 目前还存在的问题和研究方向  79-83
    5.3.1 梁板体系的处理问题  79-83
    5.3.2 施工过程的模拟问题及其他  83
  5.4 本章小节  83-84
第六章结论与展望  84-88
  6.1 本文主要工作及结论  84-86
    6.1.1 单层球面肋环形网壳的稳定研究  84-85
    6.1.2 C形开口部位球面框架稳定的研究  85-86
    6.1.3 复杂铸钢节点的有限元分析  86
  6.2 不足与改进  86-88
参考文献  88-90
致谢  90

复杂钢结构局部壳体屈曲及铸钢节点受力分析

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