互承结构在缩聚节点编码系下的空间刚架位移法

作     者：夏永强 王晋 孟秀梅 王鹤臣 倪可忆 余子英 肖南 邹宝平 

作者机构：浙江科技大学土木与建筑工程学院 浙江-新加坡城市更新与未来城市联合实验室 浙江瑞邦科特检测有限公司 布里斯托大学社会科学与法学学部 浙江省标准化研究院 浙江大学建筑工程学院 

出 版 物：《工程科学与技术》 (Advanced Engineering Sciences)

年 卷 期：2025年

核心收录：

学科分类：08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

基　　金：浙江省“尖兵”“领雁”研发攻关计划(2022C03157) 国家自然科学基金青年科学基金项目(72301238) 浙江省自然科学基金青年科学基金项目(LQ23G20002) 

主　　题：互承结构 缩聚节点编码 刚度矩阵 空间刚架位移法 有限单元法 

摘      要：互承结构中铰节点位于杆件边缘，无法通过直接修改刚度矩阵的方法描述这类连接关系。为了更加高效得计算互承结构的内力和变形，本文提出一套适用于互承结构的静力计算方法。首先在铰节点处定义广义节点位移由铰节点的三向线位移、两个梁端节点的三向角位移组成。根据互承搭接节点处梁端节点的位移关系，用铰节点广义位移描述梁端节点位移，在传统空间刚架位移法的基础上，用铰节点处编码取代梁端节点上的两个编码，对整体结构节点编码进行缩聚。根据虚功原理，推导缩聚节点编码系下结构的总体刚度方程，集成缩聚节点编码系下结构的总体刚度矩阵。引入边界条件修正总体刚度矩阵，代入刚度方程即可求得缩聚节点编码系下结构的节点位移，进一步求得原编码系下结构的位移和内力。在算例分析中，采用提出的方法对空间两杆搭接结构和阿基米德63型互承结构进行计算分析，并借助ANSYS有限元软件进行对比验证。结果显示：两种计算方法所得结果误差在3.5%以内，验证了本文所提方法的正确性。有限单元法模拟互承搭接节点时需要额外建立短刚臂，短刚臂将产生15个节点自由度，而提出的方法只需要使用实际铰节点处的广义节点位移的9个自由度，有效减少了整体结构的计算自由度数目，在求解互承结构时更加简洁高效。