半刚性节点对单层球面网壳的弹塑性稳定分析

合集下载

半刚性连接网壳动力弹塑性分析

关键词：刚性；网壳；力；弹塑性丰动
ＴＨＥＤＹＮＡＭＩＥＬＡＳＣ— ＣＴＩＰＬＡＳＴＩＡＮＡＬＹＳＩＣＳＯＦＲＥＴＩＣＵＬＡＴＥＤＳＥＬＬＩＨＷＴＨＥＭＩＲＩＤＳ — ＧＩＣｏＮＮＥＣＴＩｏＮＳ
ＫＥＹＯＲＤＳ：ｅｉｒｇｉＷｓｍ — ｉｄ；ｒｔｃａｅｈｅｌｄｅｉｕｌｔｄｓｌ；ｙｎａｉｍｃ；ｅａｔｃｐａｔｃｌｓｉ— ｌｓｉ
在１９９４年美国北岭地震和１９年日本阪神地９５震中，百幢多高层钢结构房屋的梁柱焊接刚性连数接节点出现大量的脆性断裂，采用端板和角钢螺而栓连接几乎没有遭到破坏，明这种结构形式有很表
ｒｓｓａｃ．Ｔｈｉｒｑｅｃ，ａｃｌｒｔｎ，ｄｓｌｃｍｅｔａｄａｉｌｏｃｔｍｅｈｓｏｙｕｖｓａｅｏａｅ．Ｔｈｅｉｔｎｅｅｒｅｕｎｙｆｃｅｅａｉｏｉｐａｅｎｎｘａｆｒｅｉ — ｉｔｒｃｒｅｒｃｍｐｒｄｅｒｓｌｓｓｏｔａｈｕｒｎｅｉｎｍｅｈｄｏｅｉｕａｅｈｌｉｃｎｅｖｔｅａｄｓｏｌｅｉｒｖｄｅｕｔｈｗｈｔｔｅｃｒｅｔｄｓｇｔｏｆｒｔｃｌｔｄｓｅｌｓｏｓｒａｉｎｈｕｄｂｍｐｏｅ．ｖ
好的延性和耗能能力，展半刚性连接的研究具有开

某单层肋环形球面网壳结构的整体稳定分析

某单层肋环形球面网壳结构的整体稳定分析陈庆烈【摘要】整体稳定分析问题一直是球面网壳设计中的关键问题.理论分析和工程实践表明:网壳结构的设计通常受其稳定性控制.网壳结构的整体稳定分析主要有三种:屈曲分析、弹性整体稳定分析和弹塑性整体稳定分析.本文借助有限元分析软件ANSYS,以某单层肋环型球面网壳为代表,对其进行屈曲分析、弹性整体稳定分析和弹塑性整体稳定分析,同时深入研究不同缺陷模式对整体稳定性能的影响.研究发现,单层球面网壳前六阶屈曲模态的整体稳定系数相接近,且出现相邻的重模态现象;最低阶屈曲模态缺陷对网壳结构的弹性整体稳定承载力影响最大,但对其弹塑性整体稳定承载力的影响未必最大,故有必要考察相邻的较低阶屈曲模态缺陷对网壳结构的影响.【期刊名称】《四川建材》【年(卷),期】2016(042)003【总页数】2页(P87-88)【关键词】单层肋环形球面网壳;整体稳定;极限承载力;有限元;缺陷模式【作者】陈庆烈【作者单位】同济大学建筑工程系,上海200092【正文语种】中文【中图分类】TU399某单层球面网壳的直径为30 m，矢高20 m(网壳底部标高0.000 m，网壳顶点标高20.000 m)。

周边边界点为支座节点，且为固定铰支座。

荷载标准值为：均布恒载q=1.0 kN/m2 (不包括结构自重)；均布活载p=0.7 kN/m2。

钢材种类选用Q235。

为简化分析，本网壳采用同一杆件截面形式，160×5，径向等分为12份，每根杆件长约1.54 m，环向等分为30份，每根杆件长约0.32～3.14 m。

各杆件选用BEAM188单元，且每个杆件为一个杆单元。

杆件各节点理想刚接，且不考虑节点形式，支座节点理想铰接。

在弹性整体稳定分析时，假定材料为无限弹性；在弹塑性整体稳定分析时，假定材料为理想弹塑性[1]。

当网壳受恒载和活载作用时，其稳定性承载力以恒载与活载的标准组合来衡量，根据JGJ7-2010《网壳结构技术规程》[2](以下简称《技术规程》)中大量算例分析表明：荷载的不对称分布(实际计算中取活载的半跨分布)对球面网壳的稳定性承载力无不利影响。

单层球面网壳稳定性分析

题目：某K6型单层球面网壳，跨度50m，矢高10m，网格布置如图所示；承受全跨均布恒载，周边铰支，材料弹性模量5φ×。

试计算该结构的稳E=×，杆件截面均为18052.110MPa定承载力。

操作步骤：一、几何模型1、运行MSTCAD2、【建模】>【标准网格】，选择“单层球面网壳”模板（图1）。

单击【下一步】。

图13、选择“单层凯威特型网格”，如图2。

单击【下一步】。

图24、输入跨度50m，矢高10m，环向网格数6，径向网格数6，如图3所示。

单击【完成】。

图35、【文件】>【另存为】，保存为dwg文件，如图4所示。

图46、用AutoCAD打开dwg文件，另存为1.dxf文件（R2000版本），关闭AutoCAD。

7、在工作目录中用记事本建立一个文本文件，后缀为“.in”，内容为“loaddxf 1.dxf”，如图5所示。

图58、运行ADINA，并保存文件（路径名及文件名都不能出现中文），例如保存在D:\ADINAEXAMPLE文件夹中（即第7步的工作目录）。

9、在图6所示工具条上单击“Open”按钮，在打开文件对话框中，文件类型选择“ADINA-INCommand Files (*.in)”，选择第7步建立的文本文件，如图7所示。

单击【打开】。

图6图710、在图8所示工具条上单击“Mesh Plot”按钮，显示几何模型，如图9所示。

图8图9二、物理模型11、指定边界条件在图10所示工具条上单击“XZ View”按钮，将模型切换到XZ视图，如图11所示。

图10图11在图12所示工具条上单击“Apply Fixity”按钮。

图12在图13所示对话框中单击“Define”，定义铰支边界约束条件。

图13在图14所示对话框中单击“Add”。

图14在图15所示对话框中输入约束名称，单击【OK】。

图15在图16所示对话框中输入勾选“X-Translation”、“Y-Translation”、“Z-Translation”，单击【OK】。

单层球面网壳结构弹塑性稳定性能研究_曹正罡

第24卷第5期 V ol.24 No.5 工程力学 2007年 5 月 May 2007 ENGINEERING MECHANICS17———————————————收稿日期：2005-09-17；修改日期：2005-12-27 基金项目：国家自然科学基金重点资助项目(50338010)作者简介：*曹正罡(1975)，男，黑龙江呼玛县人，讲师，博士生，从事网壳结构稳定性研究(E-mail: caohit@)；范峰(1971)，男，安徽安庆人，教授，博士，长期从事大跨空间结构抗震、稳定性能研究；沈世钊(1933)，男，浙江嘉兴市人，教授，中国工程院院士，长期从事大跨空间结构抗风、抗震、稳定性能研究.文章编号：1000-4750(2007)05-0017-07单层球面网壳结构弹塑性稳定性能研究*曹正罡，范峰，沈世钊(哈尔滨工业大学土木工程学院，黑龙江哈尔滨 150090)摘要：有计划地针对六种实际尺寸的常用单层球面网壳结构，利用ANSYS 软件及自编的前后处理程序进行了3200余例网壳双重非线性全过程分析。

求得网壳的弹塑性极限承载力，系统地考察了初始缺陷和荷载不对称分布，支承条件等因素对单层球面网壳结构弹塑性稳定性能的影响，着重研究考虑材料非线性后网壳极限承载力的变化规律。

通过这种大规模参数分析研究，较全面了解单层球面网壳结构的弹塑性稳定性能，为实际工程设计提供了理论依据和设计参考。

关键词：球面网壳；稳定；极限承载力；弹塑性；ANSYS 中图分类号：TU311.2 文献标识码：AELASTO-PLASTIC STABILITY ANALYSIS OF SINGLE LAYER LATTICEDDOMES*CAO Zheng-gang , FAN Feng , SHEN Shi-zhao(School of Civil Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin, Heilongjiang 150090, China)Abstract: A comprehensive parametric analysis of elasto-plastic stability behaviors of six kinds of real latticed domes with various geometric parameters were carried out in the present paper. Based upon geometrical and material nonlinear complete-process analysis, more than 3200 examples of latticed domes were analyzed by Finite Element Method software ANSYS and self-developed pre- and post-processing programs for critical elasto-plastic loads. The effects of initial imperfection, possible unsymmetrical distribution of loads and different supporting conditions, especially the effects of material nonlinearity on the critical loads of these kinds of domes were considered. Through the analytical results, the elasto-plastic stability behaviors of single-layer latticed domes are concluded, and guide-lines for the design of this structure is provided. Key words: latticed domes; stability; critical loads; elasto-plasticity; ANSYS网壳结构在静力作用下的稳定性问题自20世纪80年代后期至90年代中期曾是一个理论研究热点课题，当时许多研究者运用非线性有限元分析方法对网壳结构进行弹性的或弹塑性的荷载-位移全过程跟踪，从各个方面研究其稳定性能。

单层球面网壳的稳定性_沈世钊

第3卷　第3期空间结构1997年8月　单层球面网壳的稳定性沈世钊　陈　昕　林有军　汤建南(哈尔滨建筑大学　哈尔滨150001)摘　要　本文有计划地对400余例实际尺寸的单层球面网壳进行了非线性全过程分析,求得了它们的极限承载力,系统地考察了初始缺陷和荷载不对称分布对网壳性能的影响。

通过这种大规模参数分析方法,掌握了单层球面网壳稳定性能的规律性,在此基础上提出了供设计人员使用的实用公式。

关键词　单层球面网壳稳定极限承载力一、概　述稳定性问题是单层网壳结构设计中的一个关键课题,文献[1]和[2]解决了这一课题的理论和分析方法问题,并在下列几个方面具有特色:(1)从结构的荷载-位移全过程分析中来考察结构的稳定性问题,因而是在最精确的意义上来研究这一问题的;(2)采用了尽可能精确的理论和灵活的迭代策略,使具有大量自由度的实际网壳结构的全过程分析得以顺利实现;(3)提出了“一致缺陷模态法”这一简便而又有充分理论根据的考虑随机缺陷的分析方法,并把它作为有力武器深入讨论了缺陷这一敏感因素对网壳工作性能的影响,使我们有可能将网壳结构稳定性的研究推进到真正针对实际结构的深度;(4)所采用的方法毋需把网壳的屈曲过程事先设定为节点失稳、局部失稳或整体失稳,是极限屈曲还是分枝屈曲,而是在研究其受力性能全过程中自然地把各种可能的失稳形式均包容在内,并按其先后顺序依次表现出来。

但是,网壳稳定性分析的理论和方法不易为一般设计部门所掌握,要正确、自由地运用所提供的程序也需要较高的理论素养和熟练的计算技术。

所以,要使网壳的稳定设计达到普及的程度,尚需作进一步的细致工作,从上述理论成果出发,搭起必要的桥梁,过渡到便于广大设计人员应用的实用方法。

这一目标就是本文试图解决的任务。

为了正确解决这一任务,最可靠、有效的研究方法就是采用大规模参数分析的方法,也就文稿收到日期:1997.4.12。

3是结合不同类型的网壳结构形式,在基本参数(包括几何参数、构造参数、荷载参数…等)的常用变化范围内,运用上述理论分析方法,进行大规模的实际结构计算,然后对所得计算结果进行统计分析和归纳,考察网壳稳定性的变化规律,最后从理论高度进行概括,提出关于网壳稳定设计的实用方法。

半刚性连接焊接空心球网壳弹塑性分析的短杆模型

图 3
SA P2000中 P - M 曲线示意
Fig 3 The P - M cu rve in SA P2000 soft
图 4
SA P2000 中 M - 曲线示意 curve in SA P2000 so ft w are
F ig 4 T heM -
综上所述, 只要能够合理地设定每个节点的相关参数, 短杆模型就可以用于进行半刚性连接网壳的弹塑性分析。
2 2
图 1( a) 所示为该网壳的一个典型节点 , 有 6 根杆件与球连接。现在假定可以用与焊接空心球半径等长的短杆来模拟空心球 , 如图 1( b)所示。如果短杆截面尺寸与原杆件尺寸相同 , 则只要对质量、面积、惯性矩进行折算, 便可使短杆的质量和初始刚度均与焊接空心球节点一致。杆件模型如图 1( c) 所示 , 图中 m n 段和 p q 段均为模拟节点的短杆, np 段为原杆件属性不变。 np 段两端均设置默认塑性铰 , 而短杆仅在靠球管连接处的那端设置自定义塑性铰。如果塑性铰能模拟不同轴力下的 M - 曲线 , 就可用来模拟焊接空心球节点塑性阶段弯曲刚度随轴力的变化。这个模型称为模拟半刚性连接节点弹塑性性能的短杆模型 , 简称短杆模型。依此建立的半刚性连接网壳的计算模型如图 2所示, 由于考虑了空心球的质量与初始刚度及连接的弹塑性性能 , 可以更为准确地反映半刚性连接网壳的弹塑性性能。
第 3期
廖
俊 , 等 : 半刚性连接焊接空心球网壳弹塑性分析的短杆模型
39
* 图中数据为输入的 P - M 数据
图 2 半刚性连接网壳计算模型 F ig 2 The calculation model of reticulated she ll w ith sem i r ig id connections

单层球面网壳结构的稳定性分析

单层球面网壳结构的稳定性分析摘要：网壳结构是近年来在建筑工程中广泛应用的一种空间结构形式，它受力合理,造型美观, 用料经济,施工简便。

其结构形势多样,跨度较大,重量轻，因而网壳结构的稳定性问题是结构设计和施工安装中的十分重要。

本文主要在国内外研究成果的基础上，介绍单层球面网壳结构的发展状况以及其非线性稳定性分析方法，并得出相关结论。

关键词：单层球面网壳结构、非线性、稳定性Abstract:In recent years latticed shell is a widespread spatial structure in the architectural engineering because of the reasonable stress, the beautiful modeling and convenient installation. Its structure diversifies , span is big and the weight is light. So the stability calculation problem on the latticed shell structure becomes important in the structure design and construction installment. Based on the recent research within and without , this paper mainly introduce the development and the nonlinear stability analysis methods of single-layer spherical lattice shells and draws some conclusions.Key words: single-layer spherical lattice shell、nonlinear、stability1 网壳结构的发展概况网壳结构是一种由杆件构成的曲面网格结构，可以看作是曲面状的网架结构，兼有杆系结构和薄壳结构的固有特性。

半刚性单层球面木网壳整体稳定性试验

半刚性单层球面木网壳整体稳定性试验罗伟;陆伟东;孙小鸾;周烨楠【摘要】In order to study the influence of semi-rigid of joints on overall stability of wood reticulated shells,a semi-rigid kind of steel pipe-ear plate with bolts joint was designed and apply it to Kewitte6 single-layer spherical wood reticulated shell models.It has been adopted the static loading method to carry out full span,half span and simplified loading tests.The test results show that the wood reticulated shell with semi-rigid joints has stable bearing capacity.The vertex of the reticulated shell has the largest displacement and is most likely to occur instability when full span are loaded.The local instability occurred when half span areloaded.Increasing the bending stiffness of joints can improve 31 % of the stable capacity of the reticulated shell and reduce 30% of the ultimate displacement of joints during the simplified tests.Finally,it established the numerical models by ANSYS to verify the simplified test results.%为了研究节点半刚性对木网壳整体稳定性的影响，设计一种钢管耳板螺栓节点并应用于 K6型单层球面木网壳模型，采用静力加载方式对其进行了全跨、半跨及简化加载试验。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

鲁
《鼎静
鐾４
２０ —２
转角／ｒａｄ（ｂ）常用螺栓球弯矩转角曲线
图４半刚性节点的弯矩一转角曲线
竖向位移／ｍ（ａ）节点４的荷载位移曲线
用同样的分析方法，对表２中的螺栓球节点进行数值模拟，得到节点的弯矩一转角曲线见图４
（ｂ）．４
单层球面网壳的稳定性分析
获得了螺栓球节点的弯矩一转角曲线后，即
４．１网壳模型信息可以将其引入整体模型中进行网壳结构的稳定性分析．本文重点研究了跨度为３０ｍ，矢跨比为１／８
ｔ，铰接的网壳的承载力为２．５８ｔ，刚接网壳
的承载力为８．７ｔ，螺栓球节点网壳的承载力要高于铰接网壳的承载力，表明将螺栓球节点作为铰接节点的传统假设是不准确的，它是介于刚接节点和铰接节点之间的一种半刚性的节点．此外数值分析获得的网壳承载力略高于试验结果，这是因为试验时不可避免的存在各种缺陷．如果在数值模拟中考虑初始几何缺陷的影响，在结构上施
ｏｆ
ｊｏｉｎｔ
ｓｙｓｔｅｍ，ｆｉｒｓｔｌｙｔｈｅｓｏｌｉｄｅｌｅ－
ｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｂｏｌｔ—ｂａｌｌ
ｊｏｉｎｔｗｉｔｈｇｅｎｅｒａｌｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆｔｗａｒｅＡＮＳＹＳｉＳｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ａｎｄｔｈｉｓｍｏｄｅｌｉＳ
ｐｒｏｖｅｄｔｏｂｅｒｅｌｉａｂｌｅｂｙｃｏｍｐａｒｉｎｇｔｈｅｄａｔａｆｒｏｍｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓａｎｄｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅｎｂｅｎｄｓｔｉｆｆｎｅｓｓｏｆｂｏｌｔ—ｂａｌｌ
收稿日期：２００６—０３—０９．基金项目：中国博士后科学基金资助项目（２００７０４２０８７６），国家自然科学基金面上项目（５０７７８０５４）．作者简介：范峰（１９７１一），男，教授，博士生导师．
性能就具有更重要的意义，可以为半刚性节点在网壳工程中的进一步应用提供重要的理论支撑．基于这一现状，本文用ＡＮＳＹＳ软件，考虑几何非线性和材料非线性的影响，比较系统的研究了半
ｊｏｉｎｔ
ｃｏｍｍｏｎｌｙｕｓｅｄｉｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｉｓｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙｔｈｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｓｉｎｇｌｅ—ｌａｙｅｒｓｐｈｅｒｅ
ｒｅｔｉｃｕｌａｒｓｈｅｌｌｓｗｉｔｈｓｅｍｉ—ｒｉｇｉｄｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆ
ｊｏｉｎｔ
ｓｙｓｔｅｍｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ａｎｄｉｔｓｓｔａｂｉｌｉｔｙｉｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ
１１１
代结束时位移最大点的荷载位移曲线．由图中数值可知：半刚接网壳的承载力为６．３８７ｔ，刚接网壳的承载力为６．８６２ｔ，半刚性节点网壳的承载力低于刚接网壳．网壳变形初始阶段表现为外二环主肋节点处出现对称型的凹陷（图６（ａ））．随着荷载的增大，凹陷逐步加深并向网壳中心区域移
动（图６（ｂ））．
明显；节点的扭转刚度和节点域不同时，网壳的稳定性能基本没有变化；荷载分布不同时，网壳的稳定性能发生改变．节点的弯曲刚度和不同的荷载分布形式是影响单层半刚性球面网壳稳定性能的重要因素．
关键词：单层网壳；半刚性节点；承载力；失稳模态中图分类号：ＴＵ３９３．３文献标识码：Ａ文章编号：０３６７—６２３４（２００９）０４—０００１—０６
刚性节点单层球面网壳的稳定性能．
１
半刚性节点网壳稳定性分析方法
针对米螺球节点，考虑到其轴向刚度远大于
１．１半刚性节点网壳的有限元模型弯曲刚度，因此不考虑球段和管段间的轴向变形，仅考虑节点弯曲和扭转刚度的影响．数值模拟时，
万方数据
哈尔滨工业大学学报
第４１卷
用三根单自由度的非线性转动弹簧（ｃｏｍｂｉｎ３９）来模拟节点的转动能力，通过设置单元实常数模拟节点的弯矩一转角曲线，管段和球段采用ｂｅａｍｌ８９单元，考虑到球体刚度远大于管段刚度，模拟时局部选用远大于管段截面的钢管增加球段的刚度．另外弹簧单元与梁元连接时，需要将平动自由度耦合以实现球段和管段之间没有相对的线位移．由于每个圆管在空间的位置不同，需要依照每个圆管的方位来建立局部坐标系，如图１所示，咒轴即为杆件的轴向，Ｙ、ｚ轴在垂直于戈轴的平面内即可，具体方向没有限制，每个杆件根据三个关键点来建立其局部坐标系，杆件两端关键点的连线为戈轴方向，网壳的球心与杆件两端点所确定的平面为戈一Ｙ平面，即确定了ｚ方向，从而建立了局部坐标系，在此局部坐标系下建立弹簧单元，其中戈方向的弹簧模拟节点绕轴向的扭转，Ｙ、彳方向的弹簧模拟节点的弯曲．
图３节点４的全过程曲线和承载力的对比３
螺栓球节点实体模拟
螺栓球的抗弯度很大，用实体球（ｓｏｌｉｄ４５）
来模拟．假设套筒和高强螺栓在弯矩作用下共同受弯，它们之间无空隙也无相对的滑移．加载方式为实体球段固定，锥头处施加中点反对称的三角形分布的节点力，这样相当于在悬臂梁上施加处处相等的弯矩．数值模拟采用的Ｄ１４螺栓球节点构造及尺寸如表１所示：
４．３８
２典型算例验证
利用以上建模技术与分析方法，对文献［１２］中Ｄ１４型节点正六角形单层网壳进行数值模拟．节点的弯矩一转角曲线由节点试验获得，并采用分段线性化的方法对曲线进行拟合，如图２所示，共选择了２０个等分点，并把这些等分点作为ｃｏｍｂｉｎ３９单元的实常数输入，以模拟节点的转动
能力．
ｊｏｉｎｔ
ｓｙｓｔｅｍｓ，ａｎｄ
ｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｈａｎｇｅｓｗｉｔｈｌｏａｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ．Ｔｈｅｂｅｎｄｓｔｉｆｆｎｅｓｓｏｆｊｏｉｎｔｓｙｓｔｅｍａｎｄｌｏａｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｍｏｄｅ
ａｒｅ
ｍａｉｎｆａｃｔｏｒｓｉｍｐａｃｔｉｎｇｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｓｉｎｇｌｅ—ｌａｙｅｒｒｅｔｉｃｕｌａｔｅｄｄｏｍｅｓ．
位移／ｍ（ｂ）极限承载力对比曲线
的半刚性节点Ｋ８型球面网壳，网壳的支承条件为周边三向固定铰支承，加载方式为均布面荷载．选用两种杆件截面，主肋杆和环杆截面选用：Ｄ１２１×３．５，斜杆截面选用：彩１１４×３；钢材选用Ｑ２３５Ｂ，网壳分频数为５，这样每根杆件的长度约为３ｍ左右；（图５）．
表２常用螺栓球节点尺寸与材料特性
ｃｏｍｂｉｎ３９
型，见图２（ａ）；支承条件：３点为Ｘ，Ｙ，Ｚ三向支承、５点为Ｙ、Ｚ向支承、１，２，６，７点为Ｚ向支承、４节点无约束，为自由节点；加载方式：在４节点处施加竖向集中荷载；钢管截面：采用中１３９．８×４ｍｍ的薄壁圆钢管，材料的屈服强度为３３１Ｍｐａ；本构模型：采用理想弹塑型模型；螺栓球直径：１５０
表１Ｄ１４型螺栓球节点尺寸与材料特性
４．２极限荷载与变形形态节点为刚性和半刚性的比较半刚性节点的转动刚度选用图２中的弯矩一转角曲线．通过计算，得到的网壳的全过程曲线（图５（ｂ）），需要指出的是荷载一位移曲线为迭
由图４（ａ）可知，节点的弯矩一转角曲线与试验结果基本吻合，证明了此模拟方法的可行性．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｉｎｇｌｅ—ｌａｙｅｒｒｅｔｉｃｕｌａｔｅｄｄｏｍｅ；ｓｅｍｉ—ｒｉｇｉｄｉｔｙｊｏｉｎｔ；ｕｌｔｉｍａｔｅ—ｓｔｒｅｎｇｔｈ；ｂｕｃｋｌｉｎｇｍｏｄｅ
做为网壳结构的一类重要节点形式，螺栓球节点具有一定的抗弯刚度，是介于刚接和铰接之间的一种半刚性节点¨。Ｊ．但由于对其抗弯性能研究不足，使得螺栓球节点在单层网壳中没有得到较好的应用ＨＪ．另一方面，稳定性是单层网壳结构的关键性问题，随着多种新型半刚性节点的不断出现＂。Ｊ，研究半刚性节点单层网壳的稳定
２．２试验结果与数值模拟的比较螺栓球节点的扭转刚度较小，假设为其弯曲刚度的百分之一．球段的截面刚度要远大于管段，为简化分析，设球段的截面为ｑｂ２００×２０ｍｍ的圆钢管，其截面的线刚度为７．４１６×１０７，Ｎ．ｍ，管段的线刚度为２．７０Ｘ１０５，Ｎ．ｍ，球段与管段的线刚度之比为２７５，接近于刚性端部，可模拟螺栓球的刚度．刚接、铰接、半刚性节点网壳荷载一位移曲线与试验结果的差异，见图３（ａ）．由图３可见，扁平型的网壳发生了节点的跳跃失稳，螺栓球节点网壳的数值模拟承载力为
２．１模型信息几何尺寸：跨度６ｍ，高０．１５１ｍ，属于扁平
万方数据
第４期
范峰，等：半刚性节点单层球面网壳的弹塑性稳定性分析
．３．
加相当于跨度１／２５０的几何初始缺陷，所得的荷载位移曲线图３（ｂ），获得的网壳承载力为３．１７与试验结果的误差仅为２．２６％，吻合程度较好．
１０８ ≮６ｔ，Ｚ
（Ｓｃｈｏｏｌ
ｏｆ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｒｅｓｅａｒｃｈｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｓｉｎｇｌｅ—ｌａｙｅｒｓｐｈｅｒｉｃａｌｒｅｔｉｃｕｌａｔｅｄｄｏｍｅｓｗｉｔｈｓｅｍｉ‘一ｒｉｇｉｄｉ— ｔｙｏｆ
ｊｏｉｎｔ
ｓｙｓｔｅｍａｎｄｐｒｏｐｏｓｅ
ａ
ａｐｐｒｏａｃｈｆｏｒｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｇｓｅｍｉ—ｒｉｇｉｄｉｔｙ
ｍｍ．
～ ‘Ｗ
６Ｌ—一７
三
转角／ｒａｄ
（Ⅻ二二二五五面［二］）
暑
Ｚ＿＼
鼎静
ｙ
图１单兀的模拟图
１．２荷载一位移全过程分析方法
图２正六角型网壳和节点的弯矩一转角曲线
本文通过对半刚性节点进行精细化有限元建模和分析，直接得到节点的转动刚度．在整体结构的全过程分析中，钢材的本构关系采用理想弹塑性模型；屈服准则采用Ｖｏｎ—Ｍｉｓｓ屈服准则；利用球面弧长求解技术．对半刚性节点的球面网壳进行荷载一位移全过程的分析，并将所得到的荷载一位移全过程曲线中第一个临界点所对应的荷载作为该网壳的稳定极限荷载旧一¨．
Ｅｌａｓｔｏ—ｐｌａｓｔｉｃｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆ