本文授权转载自公众号结构小飞侠

作者：结构小飞侠

单层网格结构的毂节点分析与设计其实应该分为三个阶段，第一阶段毂节点刚性假定的验证；第二阶段毂节点的应力分析；第三阶段毂节点的极限承载力分析。

一．毂节点刚度的验证

对于单层网格结构节点只能是刚接，如果是铰接，结构体系基本不能成立，节点的做法能不能满足刚性的假定要进行验证，对此问题，我们采用精细化有限元分析与杆系有限元分析对比的方法，笔者认为，按照节点实际做法建立的精细化有限元模型的刚度大于杆系模型的刚度就可以，也有其他工程师认为，建立精细化模型，并且采用调整毂节点区的节点板厚及构造做法，使得两者的结果充分接近才可以。

（1）模型的建立

（a）采用ABAQUS建立杆系模型节点，构建局部刚性连接的杆系模型。

（b）采用ABAQUS壳单元离散化整个毂节点（包含杆件），建立精细化分析模型。

（c）采用MIDAS_Gen建立杆系模型节点，构建局部刚性连接的杆系模型。

在三个结构模型上施加相同的荷载，并进行对比分析，判断三个模型的挠度，若精细化有限元模型计算出的竖向变形小于杆系模型的竖向变形，表明实际的节点构造是满足刚性假定的。

ABAQUS杆系模型

ABAQUS壳单元精细化模型

MIDAS杆系模型

（2）计算结果

ABAQUS杆系模型竖向变形

ABAQUS壳单元精细化模型竖向变形

MIDAS杆系模型竖向变形

通过变形对比，在法向力作用下，ABAQUS杆系模型竖向变形为3.131mm，ABAQUS壳单元精细化模型的竖向变形为2.909mm，MIDAS杆系模型竖向变形为3.133mm，ABAQUS精细化壳单元模型竖向变形小于MIDAS杆系模型与ABAQUS杆系模型计算的竖向变形，且两个独立的程序采用杆系模型计算结果基本一致，进一步验证模型的正确性，表明节点能够满足刚性的计算假定。

这里笔者还想说另一个事情，就是前面说的，精细化有限元的竖向变形与杆系模型的竖向变形应该是充分接近（也就是刚度基本一致），还是精细化有限元的竖向变形小于杆系模型的变形（也就是精细化有限元的刚度大于杆系模型的刚度）即可。在笔者看来，节点刚度会影响结构单层网壳整体变形的计算结果，如果节点刚度二者充分接近，单层网壳做整体计算时的竖向变形就是就是真实的竖向变形，如果是精细化有限元的刚度大于杆系模型的刚度，单层网壳整体计算时的变形应该是偏大的，也就是实际的变形要小一点，除此之外其他的差别并不是太大。

二．毂节点应力分析

一般取内力最大的杆件周围的毂节点进行分析，可以将毂节点嵌入整个模型进行分析，也可以将毂节点独立分析；

（1）将毂节点嵌入整体模型

毂节点嵌入整体模型1

毂节点嵌入整体模型2

嵌入整体模型可采用MIDAS_GEN，Shell Element模型可采用Rhino建立，导入HM划分网格后再将网格导入GEN中进行分析。

（2）将毂节点单独隔离

如果采用这种做法，并不能真实的模拟边界条件，但是可以避免节点模型跟整体模型合并的繁琐，笔者在平时的项目中这种做法用的比较多，其中2~3个杆件施加边界条件，其余杆件端部施加节点力，要注意计算完毕后先对比控制工况下的施加边界条件的支座端的支座反力是否与整体模型中的杆件端部内力在数值要基本接近，方向统一，这样才能保证节点的受力与真实的情况基本一致。

三．毂节点极限承载力分析

极限承载力的概念笔者在“谈谈直接分析设计法”一节已经做了比较详细的阐述，这里不再过多的解释，只是笔者在毂节点上也采用了此法，考察毂节点的极限承载力，以及毂节点的后屈曲性能。一般对毂节点进行极限承载力分析，采用单独的模型进行，如果是采用ABAQUS_Riks法，可直接在控制工况的基础上修改模型分析步即可进行分析。

全过程曲线

四．总结

第一阶段毂节点刚度的验证，对于单层网格结构节点只能是刚接，如果是铰接，结构体系基本不能成立，节点的做法能不能满足刚性的假定要进行验证；第二阶段节点的应力分析，一般取内力最大的杆件周围的毂节点进行分析，可以将毂节点嵌入整个模型进行分析，也可以将毂节点独立分析；第三阶段毂节点的极限承载力分析，考察毂节点的极限承载力，以及毂节点的后屈曲性能。

知识点：单层网格结构毂节点的分析设计与思考

单层网壳嵌入式毂节点结构图（共一张）