鋁合金蜂窩板單層組合網(wǎng)殼新型節(jié)點(diǎn)的理論分析及試驗(yàn)研究.pdf

1、由于鋁合金結(jié)構(gòu)具有自重輕、耐腐蝕和易加工等諸多優(yōu)點(diǎn)，尤其是大跨度的單層鋁合金網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，因其具備輕質(zhì)高強(qiáng)和免維護(hù)等特點(diǎn)，備受建筑師和結(jié)構(gòu)工程師的青睞，被廣泛應(yīng)用于各種空間結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，而節(jié)點(diǎn)是單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中最為重要的連接部件，鑒于現(xiàn)有傳統(tǒng)鋁合金板式節(jié)點(diǎn)在節(jié)點(diǎn)區(qū)域未設(shè)置抗剪連接裝置，鋁合金梁的腹板在節(jié)點(diǎn)范圍內(nèi)不連續(xù)，致使該類節(jié)點(diǎn)僅靠被連接的上下翼緣提供有限的抗剪承載力，因而不能應(yīng)用于對(duì)承載力要求更高的大跨度網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。為此本文有針對(duì)性地首次在節(jié)點(diǎn)

2、的中心位置，創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)了一種承插式圓柱體抗剪裝置，提出一種新型高承載力節(jié)點(diǎn)。為探究該新型節(jié)點(diǎn)的受力特點(diǎn)、承載能力和破壞機(jī)理，本文對(duì)新型節(jié)點(diǎn)開(kāi)展了試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的板式節(jié)點(diǎn)相比，該新型節(jié)點(diǎn)具有更高的承載能力，尤其是抗剪能力大幅提高，其整體剛度也有較大提升。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)設(shè)計(jì)并精加工了六個(gè)鋁合金節(jié)點(diǎn)試件，通過(guò)對(duì)新型節(jié)點(diǎn)與傳統(tǒng)板式節(jié)點(diǎn)的對(duì)比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)由于新型節(jié)點(diǎn)的中心區(qū)域設(shè)置了承插式圓柱體抗剪裝置，顯著

3、提高了傳統(tǒng)板式節(jié)點(diǎn)的抗剪能力和平面外抗彎承載力，增幅平均達(dá)50％以上。
　　(2)三組不同類別的鋁合金節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)研究表明，傳統(tǒng)板式節(jié)點(diǎn)的破壞模式為:下蓋板的塊狀拉剪破壞或鋁合金梁的彎曲破壞。新型節(jié)點(diǎn)的破壞模式則主要表現(xiàn)為被連接的鋁合金梁的扭轉(zhuǎn)屈曲破壞，僅當(dāng)節(jié)點(diǎn)板的厚度較小時(shí)，才會(huì)發(fā)生下蓋板的塊狀拉剪破壞。試件的荷載-位移曲線表明，與傳統(tǒng)節(jié)點(diǎn)不同的是，新型節(jié)點(diǎn)的上下蓋板厚度對(duì)其承載力影響不大。
　　(3)新型節(jié)點(diǎn)(JD1)的理論

4、承載力明顯高于傳統(tǒng)板式節(jié)點(diǎn)(JD2)增幅約為42.8％。有限元模擬分析得到的新型節(jié)點(diǎn)的破壞模式，與第二章節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)中觀察到的試驗(yàn)現(xiàn)象基本吻合。由新型節(jié)點(diǎn)（JD1、JD3、JD5）的荷載位移曲線對(duì)比可知，按彈塑性有限元分析給出的理論曲線，與節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)的實(shí)測(cè)曲線吻合良好，兩者的承載力平均誤差在8.3％左右。新型節(jié)點(diǎn)中增加的抗剪裝置與改善了蓋板上螺栓受力狀態(tài)，上蓋板中的螺栓應(yīng)力大于下蓋板，但由于不銹鋼螺栓的強(qiáng)度遠(yuǎn)高于鋁合金蓋板，因此并未發(fā)生螺栓的

5、剪切破壞。蓋板和鋁合金梁的螺栓孔附近由于應(yīng)力集中而產(chǎn)生了較大應(yīng)力，其余部分除新型節(jié)點(diǎn)上翼緣的受壓屈曲外均處于彈性狀態(tài)。
　　(4)通過(guò)對(duì)新型節(jié)點(diǎn)連接板的厚度及連接螺栓的數(shù)量和直徑的參數(shù)化分析，在滿足節(jié)點(diǎn)承載力的前提下進(jìn)行了優(yōu)化研究。結(jié)果表明，盡管節(jié)點(diǎn)的承載力隨著連接板厚的增加而增大，但在超過(guò)梁腹板厚度后的增幅有限，因此建議與梁腹板等厚為宜。
　　(5)在總結(jié)現(xiàn)有傳統(tǒng)板式節(jié)點(diǎn)理論分析的基礎(chǔ)上，給出了基于新型節(jié)點(diǎn)工作機(jī)理的極限承