铝合金空间网格结构稳定及抗震性能研究

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1、铝合金空间网格结构稳定及抗震性能研究StabilityandSeismicPerformanceofAluminumAlloySpaceGridStructures学科专业：土木工程作者姓名：丁艺喆指导教师：陈志华教授天津大学建筑工程学院二零一七年十二月摘要铝合金是一种由纯铝及合金元素组成的新型材料，因自重轻、耐腐蚀和易加工等优点而备受关注。铝合金材料弹性模量大，密度低，铝合金空间网格结构抗震性能独特，同时铝合金空间网格结构蒙皮效应影响复杂，节点刚度低，稳定性能特殊。本文以铝合金空间网格结构为对象，运用ABAQUS进行了铝合金网壳结构的稳定性能研究，并通过

2、MidasGEN软件分析了其抗震性能。在进行铝合金空间网格结构稳定性能分析时，分别针对单层球面网壳及单层柱面网壳两种结构，建立了不同跨度、矢跨比、截面尺寸的百余个模型，分别考虑了初始缺陷，材料非线性，结构几何尺寸的影响进行了超过1000例参数化分析。考虑了屋面蒙皮效应进行了对比分析，同时，确定节点的抗弯刚度数值带入有限元模型，分析了节点半刚性对铝合金单层网壳结构稳定性能的影响。在进行铝合金空间网格结构抗震性能分析时，针对两种荷载条件，建立了数十个几何参数各不相同的网架及单层网壳结构模型，通过MidasGEN软件施加地震作用，对同一结构分别采用铝合金和钢材时

3、进行了数百例对比分析，比较了受到同等地震作用时结构的自振周期、振型、内力分布规律及构件应力数值。经过数值模拟，针对铝合金单层球面网壳及单层柱面网壳分别得出了几何尺寸建议取值范围，归纳了初始缺陷影响系数、塑性折减系数、蒙皮效应影响系数、节点半刚性影响系数取值，推导了结构塑性及弹性稳定安全系数，及球面网壳结构稳定承载力近似计算公式，证明了钢空间网格结构抗震验算标准对铝合金空间网格结构偏于安全。关键词：铝合金空间网格结构，稳定性能，非线性，蒙皮效应，节点半刚性，抗震性能IABSTRACTAluminumalloyisanewkindofmaterialconsi

4、stedofpurealuminumandalloyingelements.Thelowelasticitymodulusanddensityofaluminumalloyleadtothespecialseismicperformanceofaluminumalloygridstructure.Meanwhile,theskineffectofaluminumalloygridstructureiscomplexandtherigidityofaluminumjointsisweak.Thestabilityperformanceofaluminumal

5、loygridstructureisunique.ThestabilityofthealuminumalloylatticedshellswereanalyzedbyABAQUS,andtheseismicperformanceofaluminumalloygridstructureswereanalyzedbyMidasGEN.Duringstabilityanalysis,overonehundredfiniteelementmodelsofbothsphericalshellandcylindricalshellwereestabilshed.Ove

6、r1000parametricfiniteelementanalysiswithdifferentinitialimperfection,span,rise-spanratio,sectionaldimensionwereestablishedwerestudied.Meanwhile,theimpactofstressed-skineffectofroofboardingwasanalyzed.Moreover,therigidityofjointswereconsideredinfiniteelementmodelsandtheinfluencesof

7、jointsemi-rigiditywereinvestigated.Duringseismicperformanceanalysis,dozensofgridstructureandsingle-layerreticulatedshellmodelswithtwoloadconditionsanddifferentgeometricparameterswereestablished.Thestructuralmaterialwassettedasaluminumalloyandsteelrespectively.Thenaturalvibrationpe

8、riod,modeofvibrationandstressofal