索穹顶结构体系节点形式及性能研究

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1、东南大学硕士学位论文索穹顶结构体系节点形式及性能研究姓名：张彩凤申请学位级别：硕士专业：土木工程指导教师：秦卫红20090601摘要索穹顶结构体系节点形式及性能研究研究生姓名：张彩风摘要导师：秦卫红副教授索穹顶结构是一种结构效率极高的全张力结构体系，这种全新的结构形式一经出现便以其新颖的造型、经济的造价、巧妙的构思在国内外引起了广泛的兴趣和关注。该结构充分利用钢材的抗拉强度，并使用薄膜材料作屋面，所以结构自重很轻，且结构单位面积的平均重量和平均造价不会随着结构跨度的增加而明显增大。但在我国大陆尚未有索穹顶结构应用的工程实例，虽然目前对索穹顶结构已有一定的研究，但是还不够成熟和完善，特

2、别是对索穹顶结构节点形式及性能的研究很少，因此本文对索穹顶结构的节点展开研究。本文在已有索穹顶结构研究成果的基础上，阐述了索穹顶结构的特点和分类，总结了索穹顶结构及其节点的研究现状，并指出了索穹项结构节点的连接种类及在已有工程和文献中应用的节点形式。对索穹顶结构的节点选取铸钢节点的形式，讨论了铸钢节点的分类与特性，提出了节点的一般设计原则。在以上基础上，首先阐述了节点各组成部件锚具、夹具、销轴的设计要点，并给出了索穹顶结构节点的构造要求。对典型的Geiger、Levy型和Kiewitt型的索穹顶结构选取三类有代表性的节点对其形式进行了设计，并提出了节点尺寸初步确定的计算公式。利用大型

3、有限元软件ANSYS建立上述节点的三维实体模型，并对所建立的铸钢节点模型进行弹塑性数值计算。为模拟节点的实际工作状态，在模型中考虑材料和接触两类非线性。对数值计算结果进行分析，得出了三类节点的应力分布规律、接触单元的接触状态及接触应力的分布特点；并对节点的破坏模式进行了讨论。对影响节点承载能力的重要因素销轴直径和耳板厚度进行了参数分析，分析结果可供相关研究参考。采用施工反分析法和动力松弛法相结合的方法，用MATLAB编制相应的程序，对索穹项结构的施工过程进行了模拟，得出了各个施工状态的杆件内力和节点坐标。对施工过程各阶段节点的受力状态进行了探讨，并与成形后最不利荷载下所设计的节点进行

4、比较，得出了节点设计的控制状态。最后，给出了索穹顶结构节点的设计建议。关键词：索穹顶铸钢节点节点形式接触分析施工模拟ResearchOntheFormsandPerformanceoftheJointsinCableDomeStructuresGraduatestudent：ZhangCaifengSupervisor：．QinWeihongAbstractCabledomeisahighefficiencytensegritysystem．Thisnewtypeofstructurehasattractedgroatattentionsinceitcameintobeingbeca

5、useofitsnovelmodeling,economicalcostandingeniousdesign．ThissU'ucturehasmadegooduseofthetensilestrengthofthesteel．ItislightinweightanditsaverageweightandcostperaCl'darenotclearlyincreasealong讲mitsspansincethematerialofitsrootingismembrane．Buttherearenocabledomestructuresonthemainlandinourcountry

6、．Thoughsomeresearcheshavebeendoneaboutthecabledome，resultsweTenotmatureandperfect．Especiallytherewereafewstudyonthejointsofcabledome，thereforestudiesandanalysesofthejointsweremadeinthisarticle．Basedontheresearchresultsalreadyexisted，thecharacteristicsandclassificationsofthedomeweresummarized．Be

7、sides，theresearchstatusofthejointsofcabledomeWassummarized．Boththeconnectingtypesandtheexistedformsofthejointswerepointedout．Thecaststeeljointswereusedintheformsofthejoints．ItscharacteristicsandclassificationsweTeintroduced．，nlepr