空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中鋼管—焊接空心球連接節(jié)點(diǎn)疲勞性能的理論與試驗(yàn)研究.pdf

1、平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)作為空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的主要形式，廣泛應(yīng)用于公共建筑與工業(yè)建筑，尤其在設(shè)置懸掛吊車的工業(yè)廠房中占有壟斷地位。懸掛吊車作用下網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的疲勞問題是工程界和學(xué)術(shù)界關(guān)注的熱點(diǎn)。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的疲勞主要是節(jié)點(diǎn)連接的疲勞。一方面，由于理論研究的不系統(tǒng)和疲勞試驗(yàn)數(shù)量不足，致使國(guó)家相關(guān)規(guī)范至今未對(duì)平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的疲勞設(shè)計(jì)方法做出明確規(guī)定。另一方面，因工程設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行網(wǎng)架疲勞設(shè)計(jì)或驗(yàn)算時(shí)，無據(jù)可依，阻礙了平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在工業(yè)廠房中的推廣應(yīng)用。
　　

2、 本文以網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中常用的鋼管—焊接空心球連接節(jié)點(diǎn)（下文簡(jiǎn)稱管球連接節(jié)點(diǎn)）為研究對(duì)象，研究?jī)?nèi)容如下:
　　 (1)利用有限元分析軟件，對(duì)管球連接節(jié)點(diǎn)模型進(jìn)行理論計(jì)算分析，得出了軸向拉力作用下管球連接節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力分布規(guī)律;通過改變管球連接節(jié)點(diǎn)中空心球的D與T、鋼管的d與t、焊縫w五個(gè)基本參數(shù)，經(jīng)計(jì)算分析得到了應(yīng)力集中系數(shù)的變化規(guī)律;并通過回歸擬合得到了管球連接節(jié)點(diǎn)應(yīng)力集中系數(shù)的數(shù)值解。
　　 (2)在有限元分析的基礎(chǔ)上，通過管

3、球連接節(jié)點(diǎn)的靜力拉伸試驗(yàn)，采集了管球連接節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵部位的應(yīng)變，計(jì)算得到測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力，經(jīng)回歸擬合得到了管球連接節(jié)點(diǎn)實(shí)測(cè)應(yīng)力分布曲線，計(jì)算得出應(yīng)力集中系數(shù)，并與理論分析結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。
　　 (3)利用AMSLER疲勞試驗(yàn)機(jī)，在自主設(shè)計(jì)的加載裝置上，采用三種加載方式，分別對(duì)29個(gè)管球連接節(jié)點(diǎn)足尺試件進(jìn)行了常幅、變幅疲勞試驗(yàn)，通過回歸分析，得出了管球連接節(jié)點(diǎn)的S-N曲線。
　　 (4)利用放大鏡與掃描電子顯微鏡分別對(duì)管球連接節(jié)

4、點(diǎn)的疲勞斷口進(jìn)行了宏觀和微觀分析，揭示了管球連接節(jié)點(diǎn)的疲勞破壞機(jī)理。通過分析影響管球連接節(jié)點(diǎn)疲勞性能的因素，給出了提高疲勞強(qiáng)度的有效措施。
　　 (5)根據(jù)疲勞試驗(yàn)所得S-N曲線，確定了疲勞計(jì)算參數(shù)C、β及[△σ]等，并建立了以熱點(diǎn)應(yīng)力幅為基本參量的管球連接節(jié)點(diǎn)實(shí)用疲勞設(shè)計(jì)方法。
　　 本文研究工作主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下:
　　 設(shè)計(jì)了一套管球節(jié)點(diǎn)疲勞試驗(yàn)加載裝置，該裝置可對(duì)空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，具有3種不同

5、加載模式可供選擇。
　　 通過對(duì)疲勞破壞斷口的宏觀與微觀分析，揭示了管球連接節(jié)點(diǎn)疲勞破壞機(jī)理。
　　 提出了空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)管球連接節(jié)點(diǎn)在軸心拉力作用下的熱點(diǎn)應(yīng)力集中系數(shù)的數(shù)值解。引入了“熱點(diǎn)應(yīng)力幅”的概念，建立了以熱點(diǎn)應(yīng)力幅為基本參量的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)管球連接節(jié)點(diǎn)的實(shí)用疲勞設(shè)計(jì)方法。
　　 本文的研究成果將成為我國(guó)鋼管與焊接空心球節(jié)點(diǎn)疲勞相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范的修訂依據(jù)。其理論意義是在傳統(tǒng)疲勞設(shè)計(jì)理論的基礎(chǔ)上，定量地計(jì)算出熱點(diǎn)應(yīng)