重型鑄鋼萬向鉸支座性能分析與設(shè)計研究.pdf

1、萬向鉸支座是具有萬向承載和萬向轉(zhuǎn)動能力的一種支座型式，由于其能夠多向受力并能發(fā)生微小轉(zhuǎn)動，而具有廣闊的應(yīng)用前景。但目前已有的萬向鉸支座通常抗拉和抗剪承載能力較低，尚不能滿足工程需求。另一方面，目前關(guān)于鑄鋼節(jié)點的設(shè)計規(guī)程《鑄鋼節(jié)點應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（CECS235:2008）剛剛頒布，重型萬向鉸支座的設(shè)計和應(yīng)用經(jīng)驗較少。基于此，本文首次實現(xiàn)了一種6000kN級重型鑄鋼萬向鉸支座，完成了6000kN級重型鑄鋼萬向鉸支座的設(shè)計、足尺試驗和工程應(yīng)用

2、，并通過理論分析和設(shè)計實踐，對新頒布的《鑄鋼節(jié)點應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（CECS235:2008）中的部分條文進(jìn)行了討論分析，提出了補(bǔ)充建議。主要進(jìn)行了以下幾方面工作：
　　（1）利用實體建模軟件 SolidWorks、前處理軟件 HyperMesh和有限元分析軟件 ANSYS建立了能夠考慮材料非線性、幾何非線性和接觸非線性影響的萬向鉸支座的有限元分析模型，并利用已有的試驗結(jié)果驗證了有限元模型的正確性。探討了四面體網(wǎng)格劃分、六面體網(wǎng)格劃分

3、和混合網(wǎng)格劃分的實現(xiàn)方式，比較了三種網(wǎng)格劃分方式的優(yōu)缺點。
　?。?）設(shè)計并研究了一種目前國內(nèi)承載能力最大的新型6000kN級重型鑄鋼萬向鉸支座，并將其成功應(yīng)用于實際工程中。分析了支座在三種典型荷載工況下的力學(xué)性能以及加載角度和初始變形對支座受力性能的影響，并按照規(guī)程對支座進(jìn)行了校核。分析校核表明所設(shè)計支座能夠滿足規(guī)程要求，且支座受力明確、傳力直接、性能可靠。
　?。?）研究制作了自相平衡重型多向受力加載裝置，實現(xiàn)了6000

4、kN級重型鑄鋼萬向鉸支座的足尺靜力性能試驗。試驗研究表明所設(shè)計支座受力明確、傳力直接、性能可靠，所設(shè)計的加載系統(tǒng)適合復(fù)雜節(jié)點重型受力試驗。進(jìn)行了有限元分析結(jié)果和試驗結(jié)果的對比驗證，驗證表明本文的有限元模型能夠較好地模擬鑄鋼萬向鉸支座的力學(xué)性能。
　?。?）對支座進(jìn)行了受拉、受剪和受壓力學(xué)性能參數(shù)分析和經(jīng)濟(jì)性比較，找出了主要影響因素、影響規(guī)律和影響大小。分析了上支座球餅厚度、下支座頂板厚度、材料屈服強(qiáng)度等參數(shù)對支座受壓、受剪和受拉時

5、力學(xué)性能、經(jīng)濟(jì)性以及等強(qiáng)設(shè)計的影響。分析表明：在所研究的參數(shù)范圍內(nèi)，下支座頂板厚度、下支座加勁肋厚度和材料屈服強(qiáng)度對支座的受壓力學(xué)性能影響較大；上支座球餅厚度和材料屈服強(qiáng)度對支座的受剪力學(xué)性能和受拉力學(xué)性能影響較大。
　?。?）對影響支座純彈性設(shè)計的接觸問題和應(yīng)力集中問題進(jìn)行了分析，研究了影響接觸應(yīng)力大小的主要因素，提出了減小應(yīng)力集中的構(gòu)造措施，并對規(guī)程中部分條文進(jìn)行了探討，提出了補(bǔ)充建議。研究表明：減小兩接觸體半徑之差對減小接觸

6、應(yīng)力最為有效；對應(yīng)力集中區(qū)域進(jìn)行局部加強(qiáng)、改變傳力模式和改變局部剛度分布均能有效地降低應(yīng)力集中，三種方法中局部加強(qiáng)法最為有效。在依據(jù)規(guī)程計算節(jié)點極限承載力時，不能僅依據(jù)規(guī)程條文說明取荷載-變形曲線中剛度首次減小為初始剛度10％時的荷載為極限承載力，而要同時校核節(jié)點在極限承載力作用下的最大應(yīng)力點的折算應(yīng)力不應(yīng)超過材料的抗拉強(qiáng)度。彈塑性雙折線模型的強(qiáng)化模量在規(guī)程給定范圍內(nèi)取值時對支座的極限承載力影響較大，建議結(jié)合實測的鑄鋼材性數(shù)據(jù)確定。對由