方鋼管、矩形鋼管焊接空心球節(jié)點(diǎn)的承載力與實(shí)用計(jì)算方法研究.pdf

1、焊接空心球節(jié)點(diǎn)是網(wǎng)架、網(wǎng)殼中應(yīng)用最廣的節(jié)點(diǎn)形式之一，它具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、傳力明確、連接方便等優(yōu)點(diǎn)。在為2008年奧運(yùn)會(huì)興建的國(guó)家游泳館中心的“水立方”工程中采用了配合正方形鋼管、矩形鋼管的焊接空心球節(jié)點(diǎn)，但目前的研究都針對(duì)配合圓鋼管的焊接球節(jié)點(diǎn)，對(duì)配合方鋼管和矩形鋼管的焊接球節(jié)點(diǎn)尚無(wú)相關(guān)研究。本文采用有限元分析、試驗(yàn)研究以及簡(jiǎn)化理論解三條途徑，系統(tǒng)研究這兩種節(jié)點(diǎn)在軸力、彎矩以及二者共同作用下的受力性能和破壞機(jī)理，最終目標(biāo)是建立其實(shí)用計(jì)算方法

2、。 首先，本文在查閱大量國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，較為詳細(xì)地?cái)⑹隽撕附涌招那蚬?jié)點(diǎn)的發(fā)展過(guò)程與研究現(xiàn)狀，總結(jié)了40多年來(lái)有關(guān)焊接空心球節(jié)點(diǎn)的承載力計(jì)算公式。指出了論文的研究背景，并明確論文的主要研究?jī)?nèi)容。 針對(duì)方鋼管焊接空心球節(jié)點(diǎn)特有的幾何特征定義了坐標(biāo)體系，給出了它的計(jì)算模型，然后應(yīng)用薄殼理論推導(dǎo)了殼體理論公式，根據(jù)計(jì)算模型和坐標(biāo)體系，給出了殼體的連接條件和邊界條件。由于方鋼管焊接空心球殼薄殼理論公式比較復(fù)雜，應(yīng)用解析法很

3、難求得其解析解，最后采用有限元方法對(duì)其進(jìn)行了彈性分析。 采用理想彈塑性應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系和Von-Mises屈服準(zhǔn)則、同時(shí)考慮幾何非線性的影響，建立了方鋼管、矩形鋼管焊接空心球節(jié)點(diǎn)的有限元分析模型，對(duì)影響方鋼管、矩形鋼管焊接空心球節(jié)點(diǎn)承載力的一些重要參數(shù)進(jìn)行了深入分析。對(duì)軸力和彎矩共同作用的焊接空心球節(jié)點(diǎn)的研究表明，軸力—彎矩相關(guān)關(guān)系與節(jié)點(diǎn)的幾何參數(shù)無(wú)關(guān)，這極大地簡(jiǎn)化了軸力與彎矩共同作用下節(jié)點(diǎn)承載力的計(jì)算方法。此外，分析了方鋼管、矩

4、形鋼管焊接空心球節(jié)點(diǎn)在軸力、彎矩以及二者共同作用下的應(yīng)力分布情況。 根據(jù)焊接空心球節(jié)點(diǎn)在荷載作用下的破壞具有沖剪破壞的特征，在沖切面上剪應(yīng)力起控制作用的原理，推導(dǎo)了方鋼管、矩形鋼管焊接空心球節(jié)點(diǎn)在軸力、彎矩以及二者共同作用下的簡(jiǎn)化理論解，給出節(jié)點(diǎn)計(jì)算公式的初步形式。 為進(jìn)一步深入了解方鋼管、矩形鋼管焊接空心球節(jié)點(diǎn)的受力性能和破壞機(jī)理，驗(yàn)證理論和有限元模型的正確性，對(duì)3種不同規(guī)格的10個(gè)焊接球節(jié)點(diǎn)(其中6個(gè)配合方鋼管、4個(gè)

5、配合矩形鋼管)進(jìn)行了試驗(yàn)研究。 綜合簡(jiǎn)化理論解、有限元分析和試驗(yàn)結(jié)果，給出了方鋼管、矩形鋼管焊接空心球節(jié)點(diǎn)在軸力、彎矩以及二者共同作用下的實(shí)用計(jì)算公式，可供實(shí)際工程設(shè)計(jì)采用，也為相關(guān)規(guī)程的修訂提供了依據(jù)。 此外，國(guó)家游泳中心多面體空間剛架的桿件與節(jié)點(diǎn)之間采用全熔透的對(duì)接焊縫連接。為避免焊縫脆性破壞先于鋼材破壞，確保結(jié)構(gòu)具有良好的延性，有必要對(duì)焊縫連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)加強(qiáng)。對(duì)方鋼管桿端承受彎矩的連接，在未加強(qiáng)全熔透焊縫連接的基