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2023年 第38卷 第4期
2023, 38(4): 1-13.
doi: 10.13206/j.gjgSE23030402
摘要
PDF (13978KB)
摘要:
作为铝合金单层网壳最常用的节点形式,铝合金板式节点主要承受轴力和弯矩的作用。现有的研究成果主要集中于该节点在弯矩和轴力单独作用下的刚度模型,并没有模型可以模拟该节点在弯矩和轴力共同作用下的刚度特征。为此通过试验探索、数值分析及理论研究来解决该问题,提出可以同时考虑弯矩和轴力作用的板式节点等效刚度模型。首先开展铝合金板式节点的抗弯及抗压试验,初步探明节点在弯矩和轴压力单独作用下的变形机理。试验结果表明,板式节点的轴向变形和弯曲变形分为4个阶段:螺栓固定阶段、螺栓滑移阶段、孔壁承载阶段和破坏阶段。在试验的基础上建立数值分析模型,对板式节点在弯矩和轴力共同作用下(偏心力)的变形机理开展研究。数值分析结果表明在偏心力作用下轴向的变形机理为:1)随着偏心距的增加,等效刚度逐渐减小;2)当偏心率小时,滑移阶段可能发生2次。在偏心力作用下弯曲的变形特征为:1)当偏心率小时,出现反复滑移现象;2)当偏心距较小时,轴向力可以提高弯曲刚度,但随着偏心距的增大,轴向作用力可以降低弯曲刚度。在铝合金单层网壳中,不同位置的板式节点的偏心距完全不同,进而无法精确计算每个关节的刚度模型。为便于计算和使用,可采用等效梁模拟法,根据轴向变形、弯曲变形和屈服载荷相等的原则,对铝合金板式节点的等效刚度模型开展理论推导,获得了该节点等效两单元各参数的计算公式。建立验证所需的板式节点数值分析模型及对应的等效刚度模型,对比了二者的轴向和弯曲的荷载-位移曲线。结果表明,等效梁单元模型的轴向变形和弯曲变形与板式节点基本相同。因此,所提出的Temcor节点等效模型是准确的,可用于单层网壳的稳定性分析。
作为铝合金单层网壳最常用的节点形式,铝合金板式节点主要承受轴力和弯矩的作用。现有的研究成果主要集中于该节点在弯矩和轴力单独作用下的刚度模型,并没有模型可以模拟该节点在弯矩和轴力共同作用下的刚度特征。为此通过试验探索、数值分析及理论研究来解决该问题,提出可以同时考虑弯矩和轴力作用的板式节点等效刚度模型。首先开展铝合金板式节点的抗弯及抗压试验,初步探明节点在弯矩和轴压力单独作用下的变形机理。试验结果表明,板式节点的轴向变形和弯曲变形分为4个阶段:螺栓固定阶段、螺栓滑移阶段、孔壁承载阶段和破坏阶段。在试验的基础上建立数值分析模型,对板式节点在弯矩和轴力共同作用下(偏心力)的变形机理开展研究。数值分析结果表明在偏心力作用下轴向的变形机理为:1)随着偏心距的增加,等效刚度逐渐减小;2)当偏心率小时,滑移阶段可能发生2次。在偏心力作用下弯曲的变形特征为:1)当偏心率小时,出现反复滑移现象;2)当偏心距较小时,轴向力可以提高弯曲刚度,但随着偏心距的增大,轴向作用力可以降低弯曲刚度。在铝合金单层网壳中,不同位置的板式节点的偏心距完全不同,进而无法精确计算每个关节的刚度模型。为便于计算和使用,可采用等效梁模拟法,根据轴向变形、弯曲变形和屈服载荷相等的原则,对铝合金板式节点的等效刚度模型开展理论推导,获得了该节点等效两单元各参数的计算公式。建立验证所需的板式节点数值分析模型及对应的等效刚度模型,对比了二者的轴向和弯曲的荷载-位移曲线。结果表明,等效梁单元模型的轴向变形和弯曲变形与板式节点基本相同。因此,所提出的Temcor节点等效模型是准确的,可用于单层网壳的稳定性分析。
2023, 38(4): 14-19.
doi: 10.13206/j.gjgS22030101
摘要:
近年来单层铝合金网壳被广泛应用于大跨空间结构,最常用的节点形式为板式节点。单层网壳的节点同时承受轴力和弯矩的作用,目前已有的研究成果大部分集中于板式节点抗弯性能,对其轴向性能的研究工作较少。针对以上研究现状,以板式节点轴向性能为研究对象,开展了抗压试验,并建立对应的数值分析模型。试验与数值模拟对比结果表明,板式节点轴向荷载-位移曲线包含4个阶段:弹性阶段、螺栓滑移阶段、孔壁承压阶段和失效阶段。试验和数值模拟的荷载-位移曲线较为一致,破坏模式均为沿梁端螺栓孔处破坏。显然,数值模型非常准确,可用于后续参数化分析。为此建立不同螺栓间隙、螺栓预紧力、螺栓数量的数值分析模型,对板式节点的轴向性能开展参数化分析。分析结果显示:1)随着螺栓间隙的增加,螺栓嵌固阶段的荷载-位移曲线基本重合,螺栓滑移距离逐渐增大,孔壁承压阶段轴向刚度和极限荷载基本一致;2)随着螺栓预紧力的增加,螺栓滑移阶段的初始荷载逐渐增加,滑移距离基本不变,孔壁承压和失效阶段荷载-位移曲线完全重合;3)随着螺栓数量的减少,板式节点的轴向承载力降低最为明显,抗剪承载力次之,抗弯承载力降低幅度最小。在对节点进行等强设计时,应按轴向承载力相等的原则来确定螺栓的数量。在试验研究和数值分析的基础上,对板式节点轴向刚度模型开展研究。根据试验和数值模拟所得到的荷载-位移曲线可知,采用多折线简化模型来描述板式节点在轴力作用下的变形机理是可行的。然后基于板式节点在轴力作用下的变形和传力机理,推导出了多折线简化模型的计算公式。并将简化模型与试验和数值模拟结果对比发现:在弹性阶段、滑移阶段及孔壁承压阶段,简化模型与试验和数值模拟结果非常吻合;在失效阶段,简化模型的极限弯矩略小于试验和数值模拟结果。显然,推导出的多折线轴向刚度模型满足精度需求,同时具有足量的安全余度。
近年来单层铝合金网壳被广泛应用于大跨空间结构,最常用的节点形式为板式节点。单层网壳的节点同时承受轴力和弯矩的作用,目前已有的研究成果大部分集中于板式节点抗弯性能,对其轴向性能的研究工作较少。针对以上研究现状,以板式节点轴向性能为研究对象,开展了抗压试验,并建立对应的数值分析模型。试验与数值模拟对比结果表明,板式节点轴向荷载-位移曲线包含4个阶段:弹性阶段、螺栓滑移阶段、孔壁承压阶段和失效阶段。试验和数值模拟的荷载-位移曲线较为一致,破坏模式均为沿梁端螺栓孔处破坏。显然,数值模型非常准确,可用于后续参数化分析。为此建立不同螺栓间隙、螺栓预紧力、螺栓数量的数值分析模型,对板式节点的轴向性能开展参数化分析。分析结果显示:1)随着螺栓间隙的增加,螺栓嵌固阶段的荷载-位移曲线基本重合,螺栓滑移距离逐渐增大,孔壁承压阶段轴向刚度和极限荷载基本一致;2)随着螺栓预紧力的增加,螺栓滑移阶段的初始荷载逐渐增加,滑移距离基本不变,孔壁承压和失效阶段荷载-位移曲线完全重合;3)随着螺栓数量的减少,板式节点的轴向承载力降低最为明显,抗剪承载力次之,抗弯承载力降低幅度最小。在对节点进行等强设计时,应按轴向承载力相等的原则来确定螺栓的数量。在试验研究和数值分析的基础上,对板式节点轴向刚度模型开展研究。根据试验和数值模拟所得到的荷载-位移曲线可知,采用多折线简化模型来描述板式节点在轴力作用下的变形机理是可行的。然后基于板式节点在轴力作用下的变形和传力机理,推导出了多折线简化模型的计算公式。并将简化模型与试验和数值模拟结果对比发现:在弹性阶段、滑移阶段及孔壁承压阶段,简化模型与试验和数值模拟结果非常吻合;在失效阶段,简化模型的极限弯矩略小于试验和数值模拟结果。显然,推导出的多折线轴向刚度模型满足精度需求,同时具有足量的安全余度。
2023, 38(4): 20-28.
doi: 10.13206/j.gjgS22082601
摘要:
受到独角仙的前翅中同时含有小柱和气囊壁结构的启发,对传统铝合金蜂窝板进行了改进,在铝合金蜂窝板芯板的蜂窝壁端部设置了小柱结构,即壁端柱甲虫板。因为独角仙前翅中有约10%的小柱分布在蜂窝壁的中间,故增加了小柱设置在蜂窝壁中部的壁中柱甲虫板。以三种板为研究对象,开展试验和有限元分析。为完全模拟一体化成型蜂窝板的性能和考虑到3D打印技术无法打印铝合金材料,故试验用树脂作为材料,采用3D打印技术制作一体化蜂窝板试件进行试验,用于验证计算机模拟的准确性。试验首先运用树脂材料通过3D打印技术制作3种不同构型的蜂窝板,分别为传统蜂窝板、壁中柱甲虫板和壁端柱甲虫板,对其开展侧压试验。通过试验数据可以看出,壁端柱甲虫板较传统蜂窝板侧压极限承载力由27.9 kN提升至34.7 kN;壁中柱甲虫板较传统蜂窝板侧压极限承载力由27.9 kN提升至31.9 kN。由此可见,壁端柱甲虫板的侧压性能较蜂窝板和壁中柱甲虫板更好。其次建立了有限元模型与试验数据对比验证,因3D打印工艺留下的小孔影响使得试件的破坏形态与有限元模型的应力分布略有差异,但板件上下边缘中心的低应力区与试验相同。由有限元模拟值与试验数值对比可以看出,模拟结果与试验结果平均误差仅3.366%,由此验证了有限元模型的有效性。再次建立基于铝合金材性的三类蜂窝板有限元模型,开展侧压有限元分析,结果显示,壁端柱甲虫板相较于传统蜂窝板在屈服承载力和极限承载力方面提升分别为2.6%和4.7%。最后分别对影响甲虫板侧压性能的柱的半径r与六边形蜂窝芯的边长L的比值α、甲虫板芯层的厚度h1、上下面板的厚度h2,甲虫板芯层蜂窝壁的厚度d这四种因素建立模型进行对比分析。分析结果显示:径长比由0.312 5增加至0.5时,屈服承载力和极限承载力分别增加了5.3%和6%;甲虫板芯层壁厚由1 mm增加到1.4 mm时,屈服承载力和极限承载力分别增加了3.3%和6.5%;甲虫板芯层厚度由6 mm增加到12 mm时,屈服承载力和极限承载力分别增加了2.2%和5.1%;甲虫板面层厚度由1 mm增加到2.5 mm时,屈服承载力和极限承载力分别增加了244%和236%。可见甲虫板面板厚度对侧压性能具有显著影响。
受到独角仙的前翅中同时含有小柱和气囊壁结构的启发,对传统铝合金蜂窝板进行了改进,在铝合金蜂窝板芯板的蜂窝壁端部设置了小柱结构,即壁端柱甲虫板。因为独角仙前翅中有约10%的小柱分布在蜂窝壁的中间,故增加了小柱设置在蜂窝壁中部的壁中柱甲虫板。以三种板为研究对象,开展试验和有限元分析。为完全模拟一体化成型蜂窝板的性能和考虑到3D打印技术无法打印铝合金材料,故试验用树脂作为材料,采用3D打印技术制作一体化蜂窝板试件进行试验,用于验证计算机模拟的准确性。试验首先运用树脂材料通过3D打印技术制作3种不同构型的蜂窝板,分别为传统蜂窝板、壁中柱甲虫板和壁端柱甲虫板,对其开展侧压试验。通过试验数据可以看出,壁端柱甲虫板较传统蜂窝板侧压极限承载力由27.9 kN提升至34.7 kN;壁中柱甲虫板较传统蜂窝板侧压极限承载力由27.9 kN提升至31.9 kN。由此可见,壁端柱甲虫板的侧压性能较蜂窝板和壁中柱甲虫板更好。其次建立了有限元模型与试验数据对比验证,因3D打印工艺留下的小孔影响使得试件的破坏形态与有限元模型的应力分布略有差异,但板件上下边缘中心的低应力区与试验相同。由有限元模拟值与试验数值对比可以看出,模拟结果与试验结果平均误差仅3.366%,由此验证了有限元模型的有效性。再次建立基于铝合金材性的三类蜂窝板有限元模型,开展侧压有限元分析,结果显示,壁端柱甲虫板相较于传统蜂窝板在屈服承载力和极限承载力方面提升分别为2.6%和4.7%。最后分别对影响甲虫板侧压性能的柱的半径r与六边形蜂窝芯的边长L的比值α、甲虫板芯层的厚度h1、上下面板的厚度h2,甲虫板芯层蜂窝壁的厚度d这四种因素建立模型进行对比分析。分析结果显示:径长比由0.312 5增加至0.5时,屈服承载力和极限承载力分别增加了5.3%和6%;甲虫板芯层壁厚由1 mm增加到1.4 mm时,屈服承载力和极限承载力分别增加了3.3%和6.5%;甲虫板芯层厚度由6 mm增加到12 mm时,屈服承载力和极限承载力分别增加了2.2%和5.1%;甲虫板面层厚度由1 mm增加到2.5 mm时,屈服承载力和极限承载力分别增加了244%和236%。可见甲虫板面板厚度对侧压性能具有显著影响。
2023, 38(4): 29-34.
doi: 10.13206/j.gjgS22063003
摘要:
单层铝合金网壳具有自重轻、耐腐蚀、外形优美等诸多优点,近年来被广泛应用于大跨空间结构。由于板式节点构造简单且安装方便,已成为单层铝合金网壳最常用的节点形式之一。但由于该节点仅通过盖板与铝合金梁的翼缘连接,而与腹板并不连接,导致其抗剪承载力及面内轴向刚度严重不足,容易发生失稳破坏,不能满足大跨度铝合金网壳对节点性能的需求。为此在现有节点的基础上,提出一种新型花环齿槽组合节点。为探究新型铝合金花环齿槽节点的抗剪性能和破坏形态,对新型节点和传统板式节点进行了抗剪试验,获得了两种节点在面外荷载下的失效模式和荷载-位移曲线,并分析了新型花环齿槽节点的抗剪性能。运用ABAQUS软件对新型节点的加载全过程进行数值模拟分析,并验证了有限元模型的可靠性。结果表明,板式节点的破坏模式主要表现为盖板的拉剪破坏,铝合金梁并未发生明显的弯曲破坏;新型节点的破坏模式主要表现为铝合金梁的弯曲破坏,盖板发生翘曲以及花环齿槽体撕裂,这主要是由于新型节点中的花环齿槽体有效分担并传递了很大一部分剪力。花环齿槽体改变了传统板式节点的传力方式和破坏形态,将铝合金梁腹板连接成一体,更加有效地分担并传递了剪力,减轻了盖板的剪力负担,提高了节点的抗剪性能,从而改变了板式节点脆性破坏的缺点,使其具有良好的延性和耗能能力。由于新型节点的中心区域设置了花环齿槽体,因此相对于传统板式节点,新型节点的抗剪承载力提高了47.4%,抗剪刚度提高了103.9%,具有良好的工程应用前景。对新型节点的有限元分析结果表明,有限元解析得到的荷载-位移曲线的线性段吻合较好,与实测位移的误差在5%以内,抗剪承载力误差仅为0.14%,验证了有限元模拟结果的可靠性。当新型节点承受极限荷载时,上、下盖板与杆件相接的部位应力较大,而上盖板大部分区域都进入了塑性,下盖板仅小部分区域进入塑性,螺栓孔处以及花环齿与槽体的交接处均出现应力集中现象。
单层铝合金网壳具有自重轻、耐腐蚀、外形优美等诸多优点,近年来被广泛应用于大跨空间结构。由于板式节点构造简单且安装方便,已成为单层铝合金网壳最常用的节点形式之一。但由于该节点仅通过盖板与铝合金梁的翼缘连接,而与腹板并不连接,导致其抗剪承载力及面内轴向刚度严重不足,容易发生失稳破坏,不能满足大跨度铝合金网壳对节点性能的需求。为此在现有节点的基础上,提出一种新型花环齿槽组合节点。为探究新型铝合金花环齿槽节点的抗剪性能和破坏形态,对新型节点和传统板式节点进行了抗剪试验,获得了两种节点在面外荷载下的失效模式和荷载-位移曲线,并分析了新型花环齿槽节点的抗剪性能。运用ABAQUS软件对新型节点的加载全过程进行数值模拟分析,并验证了有限元模型的可靠性。结果表明,板式节点的破坏模式主要表现为盖板的拉剪破坏,铝合金梁并未发生明显的弯曲破坏;新型节点的破坏模式主要表现为铝合金梁的弯曲破坏,盖板发生翘曲以及花环齿槽体撕裂,这主要是由于新型节点中的花环齿槽体有效分担并传递了很大一部分剪力。花环齿槽体改变了传统板式节点的传力方式和破坏形态,将铝合金梁腹板连接成一体,更加有效地分担并传递了剪力,减轻了盖板的剪力负担,提高了节点的抗剪性能,从而改变了板式节点脆性破坏的缺点,使其具有良好的延性和耗能能力。由于新型节点的中心区域设置了花环齿槽体,因此相对于传统板式节点,新型节点的抗剪承载力提高了47.4%,抗剪刚度提高了103.9%,具有良好的工程应用前景。对新型节点的有限元分析结果表明,有限元解析得到的荷载-位移曲线的线性段吻合较好,与实测位移的误差在5%以内,抗剪承载力误差仅为0.14%,验证了有限元模拟结果的可靠性。当新型节点承受极限荷载时,上、下盖板与杆件相接的部位应力较大,而上盖板大部分区域都进入了塑性,下盖板仅小部分区域进入塑性,螺栓孔处以及花环齿与槽体的交接处均出现应力集中现象。
2023, 38(4): 35-40.
doi: 10.13206/j.gjgS22052301
摘要:
基于板式节点的单层铝合金网壳被广泛应用于大跨空间结构。目前在进行板式节点单层铝合金网壳分析和计算时,均采用弹簧单元法模拟该节点的力学性能。弹簧单元法虽然准确,但建模方法较为复杂,并不便于工程师使用。为此,以板式节点的等效方法为研究对象,采用等效梁单元来模拟板式节点的力学性能,给出了该等效方法的计算公式,并通过数值模拟和拟静力试验验证了该方法的有效性。然后使用该方法分析了节点域长度和起拱高度对板式节点的影响。通过前期的抗压及抗弯试验发现,在轴力和弯矩作用下板式节点的荷载-位移曲线包含4个阶段:弹性阶段、螺栓滑移阶段、孔壁承压阶段及失效阶段。因此,在弯矩或轴力作用下,板式节点的荷载-位移曲线近似为四折线模型。若采用弹簧单元法固然可实现四折线模型,但同样存在计算繁琐、建模困难的问题。为简化计算,采用等效梁单元来模拟板式节点,并按照屈服荷载等效及屈服位移等效的原则,将四折线模型转换为双折线模型。基于板式节点的变形机理推导其在轴力和弯矩单独作用下的变形机理,并基于等效原则提出了等效梁单元的计算方法。在单层铝合金网壳中,节点往往同时承受轴力和弯矩(偏心力)的作用。为验证等效方法在偏心力工况下的有效性,建立了板式节点及对应等效梁单元模型,然后施加相同的偏心力。分别提取了板式节点模型及对应等效模型的轴力-轴线变形曲线和弯矩-转角曲线。通过对比两个模型的曲线发现,不同偏心力作用下的等效梁轴向变形及弯曲变形,均与板式节点非常吻合。同时,为验证该等效方法在拟静力荷载工况下的准确性,引用一组拟静力试验的结果,并建立对应的等效分析模型。通过对比二者所得的荷载-位移滞回曲线,发现该等效方法可用于模拟板式节点在往复荷载作用下的力学性能。即该方法可用于模拟不同工况下的板式节点。使用该等效方法建立数值分析模型,分析节点域长度和起拱高度对板式节点的影响。结果显示:1)节点域长度的增加对于结构整体刚度有一定削弱作用,且削弱作用在逐渐降低,但对承载力的影响很小;2)随着起拱高度的增加,节点的受力状态发生变化,承载力和刚度均显著提高。在对板式节点单层铝合金网壳进行结构设计时,应合理选择节点域长度及起拱高度。
基于板式节点的单层铝合金网壳被广泛应用于大跨空间结构。目前在进行板式节点单层铝合金网壳分析和计算时,均采用弹簧单元法模拟该节点的力学性能。弹簧单元法虽然准确,但建模方法较为复杂,并不便于工程师使用。为此,以板式节点的等效方法为研究对象,采用等效梁单元来模拟板式节点的力学性能,给出了该等效方法的计算公式,并通过数值模拟和拟静力试验验证了该方法的有效性。然后使用该方法分析了节点域长度和起拱高度对板式节点的影响。通过前期的抗压及抗弯试验发现,在轴力和弯矩作用下板式节点的荷载-位移曲线包含4个阶段:弹性阶段、螺栓滑移阶段、孔壁承压阶段及失效阶段。因此,在弯矩或轴力作用下,板式节点的荷载-位移曲线近似为四折线模型。若采用弹簧单元法固然可实现四折线模型,但同样存在计算繁琐、建模困难的问题。为简化计算,采用等效梁单元来模拟板式节点,并按照屈服荷载等效及屈服位移等效的原则,将四折线模型转换为双折线模型。基于板式节点的变形机理推导其在轴力和弯矩单独作用下的变形机理,并基于等效原则提出了等效梁单元的计算方法。在单层铝合金网壳中,节点往往同时承受轴力和弯矩(偏心力)的作用。为验证等效方法在偏心力工况下的有效性,建立了板式节点及对应等效梁单元模型,然后施加相同的偏心力。分别提取了板式节点模型及对应等效模型的轴力-轴线变形曲线和弯矩-转角曲线。通过对比两个模型的曲线发现,不同偏心力作用下的等效梁轴向变形及弯曲变形,均与板式节点非常吻合。同时,为验证该等效方法在拟静力荷载工况下的准确性,引用一组拟静力试验的结果,并建立对应的等效分析模型。通过对比二者所得的荷载-位移滞回曲线,发现该等效方法可用于模拟板式节点在往复荷载作用下的力学性能。即该方法可用于模拟不同工况下的板式节点。使用该等效方法建立数值分析模型,分析节点域长度和起拱高度对板式节点的影响。结果显示:1)节点域长度的增加对于结构整体刚度有一定削弱作用,且削弱作用在逐渐降低,但对承载力的影响很小;2)随着起拱高度的增加,节点的受力状态发生变化,承载力和刚度均显著提高。在对板式节点单层铝合金网壳进行结构设计时,应合理选择节点域长度及起拱高度。
2023, 38(4): 41-48.
doi: 10.13206/j.gjgS23021002
摘要:
为了提高铝合金蜂窝板组合网壳的计算效率,分别采用引入接触单元的耦合法(简称接触模型)和完全协调法建立了有限元分析模型,并且将有限元分析结果与铝合金蜂窝板组合网壳承载力试验结果进行了对比分析,然后基于两种有限元分析方法建立了大跨铝合金蜂窝板组合网壳模型,并且提出了引入折减系数的完全协调法作为铝合金蜂窝板组合网壳的简化计算方法。基于上述简化计算方法,采用ANSUYS软件建立了有限元分析模型,探究了铝合金蜂窝板组合网壳在不同矢跨比(1/4、1/5、1/6)、不同跨度(40,50,60 m)和不同板厚(5,10,15 mm)下结构自振频率的变化规律。对铝合金蜂窝板组合网壳进行了时程分析,对结构的动力位移响应和进入塑性的杆件比例进行了全面的研究,得出了网壳发生破坏时的加速度幅值,探讨了不同矢跨比、不同跨度和不同板厚对铝合金蜂窝板组合网壳在强震作用下的抗连续倒塌性能的影响。结果表明:当板厚折减20%时,按完全协调法的有限元分析结果与试验结果之间的误差为5.87%,误差在合理范围内。故提出了引入折减系数为0.8的完全协调法作为铝合金蜂窝板组合网壳的简化计算方法,并且应用于组合网壳的自振频率分析以及在强震作用下组合网壳的倒塌性能研究。通过对组合网壳进行模态分析,发现:随着模态阶数的提高,组合网壳的自振频率有小幅度的增大。矢跨比的减小会引起组合网壳的自振频率的减小;跨度的减小和板厚的增大会引起组合网壳的自振频率的增大。通过对组合网壳进行时程分析,发现:随着加速度幅值的不断增大,不同矢跨比、不同跨度和不同板厚的铝合金蜂窝板组合网壳的最大节点位移和进入塑性的杆件比例都在逐渐增大;当加速度幅值为325,375,400 m/s2时,矢跨比1/4、1/5、1/6的组合网壳在El Centro波作用下依次发生连续倒塌破坏;当加速度幅值为300,350 m/s2时,40 m和50 m跨度的组合网壳在El Centro波作用下依次发生连续倒塌破坏;当加速度幅值为225,575 m/s2时,5 mm和15 mm板厚的组合网壳在El Centro波作用下依次发生连续倒塌破坏。矢跨比的减小、跨度的增加以及板厚的增加会引起组合网壳在El Centro波作用下发生破坏时的加速度幅值的提高,进而证实了铝合金蜂窝板组合网壳的抗连续倒塌性能的提高。
为了提高铝合金蜂窝板组合网壳的计算效率,分别采用引入接触单元的耦合法(简称接触模型)和完全协调法建立了有限元分析模型,并且将有限元分析结果与铝合金蜂窝板组合网壳承载力试验结果进行了对比分析,然后基于两种有限元分析方法建立了大跨铝合金蜂窝板组合网壳模型,并且提出了引入折减系数的完全协调法作为铝合金蜂窝板组合网壳的简化计算方法。基于上述简化计算方法,采用ANSUYS软件建立了有限元分析模型,探究了铝合金蜂窝板组合网壳在不同矢跨比(1/4、1/5、1/6)、不同跨度(40,50,60 m)和不同板厚(5,10,15 mm)下结构自振频率的变化规律。对铝合金蜂窝板组合网壳进行了时程分析,对结构的动力位移响应和进入塑性的杆件比例进行了全面的研究,得出了网壳发生破坏时的加速度幅值,探讨了不同矢跨比、不同跨度和不同板厚对铝合金蜂窝板组合网壳在强震作用下的抗连续倒塌性能的影响。结果表明:当板厚折减20%时,按完全协调法的有限元分析结果与试验结果之间的误差为5.87%,误差在合理范围内。故提出了引入折减系数为0.8的完全协调法作为铝合金蜂窝板组合网壳的简化计算方法,并且应用于组合网壳的自振频率分析以及在强震作用下组合网壳的倒塌性能研究。通过对组合网壳进行模态分析,发现:随着模态阶数的提高,组合网壳的自振频率有小幅度的增大。矢跨比的减小会引起组合网壳的自振频率的减小;跨度的减小和板厚的增大会引起组合网壳的自振频率的增大。通过对组合网壳进行时程分析,发现:随着加速度幅值的不断增大,不同矢跨比、不同跨度和不同板厚的铝合金蜂窝板组合网壳的最大节点位移和进入塑性的杆件比例都在逐渐增大;当加速度幅值为325,375,400 m/s2时,矢跨比1/4、1/5、1/6的组合网壳在El Centro波作用下依次发生连续倒塌破坏;当加速度幅值为300,350 m/s2时,40 m和50 m跨度的组合网壳在El Centro波作用下依次发生连续倒塌破坏;当加速度幅值为225,575 m/s2时,5 mm和15 mm板厚的组合网壳在El Centro波作用下依次发生连续倒塌破坏。矢跨比的减小、跨度的增加以及板厚的增加会引起组合网壳在El Centro波作用下发生破坏时的加速度幅值的提高,进而证实了铝合金蜂窝板组合网壳的抗连续倒塌性能的提高。
2023, 38(4): 49-51.
doi: 10.13206/j.gjgS23010320
摘要:
采用薄壁构件理论对C形截面和Z形截面檩条在风吸力作用下的平衡微分方程进行了理论推导和有限元验证。结果表明:Z形檩条求解扭转变形的平衡微分方程中,扭矩项很小,从而推论出Z形截面檩条在风吸力下产生的扭转变形很小;薄壁构件的理论结果与有限元分析结果吻合;Z形檩条的承载力高于同一规格的C形檩条,应优先采用Z形截面。
采用薄壁构件理论对C形截面和Z形截面檩条在风吸力作用下的平衡微分方程进行了理论推导和有限元验证。结果表明:Z形檩条求解扭转变形的平衡微分方程中,扭矩项很小,从而推论出Z形截面檩条在风吸力下产生的扭转变形很小;薄壁构件的理论结果与有限元分析结果吻合;Z形檩条的承载力高于同一规格的C形檩条,应优先采用Z形截面。
