大型焊接空心球節(jié)點的理論與試驗研究.pdf

1、在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中，焊接空心球節(jié)點以其構(gòu)造簡單，連接方便，不產(chǎn)生節(jié)點偏心等優(yōu)點得到廣泛應(yīng)用。近年來，隨著網(wǎng)架跨度的增大，焊接空心球節(jié)點也朝著大尺寸方向發(fā)展，然而，目前對大型焊接空心球節(jié)點的力學(xué)性能及承載力等方面的研究還不夠全面，尚無相應(yīng)設(shè)計規(guī)范。因此，研究此類節(jié)點的靜力工作性能并提出可行的方法來指導(dǎo)工程實踐具有重要的意義。本文以華中科技大學(xué)體育中心為工程背景，對一受力復(fù)雜的大直徑焊接空心球節(jié)點進(jìn)行了有限元分析和足尺模型試驗研究，為拱形桁架的安

2、全評估和節(jié)點設(shè)計提供重要參考。本文首先對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的節(jié)點進(jìn)行分類說明，介紹了焊接空心球節(jié)點的構(gòu)造和受力特點，重點從試驗和理論兩個方面對該類節(jié)點的研究情況進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)與分析。接著，闡述了板殼問題的有限元原理，系統(tǒng)介紹了非線性有限元理論。基于上述有限元理論基礎(chǔ)，采用有限元程序ANSYS對該球節(jié)點進(jìn)行了非線性有限元分析。建模時，采用ANSYS的shell143彈塑性殼單元，同時考慮幾何和材料雙重非線性，并假定材料為理想彈塑性，服從Von-M

3、ises屈服準(zhǔn)則。計算時，采用Newton-Raphson迭代方法，并輔助了線性搜索技術(shù)、應(yīng)用預(yù)測和自適應(yīng)下降等加速收斂技術(shù)。通過有限元分析得到了球節(jié)點的應(yīng)力分布規(guī)律，并得知在1.5倍設(shè)計荷載作用下，四號管根部達(dá)到屈服應(yīng)力，在2.2倍設(shè)計荷載作用下節(jié)點達(dá)到破壞。最后，對該焊接空心球節(jié)點進(jìn)行了足尺模型試驗，通過試驗獲得節(jié)點的主要關(guān)鍵點的應(yīng)力和承載力，并將試驗結(jié)果與有限元分析結(jié)果進(jìn)行了對比分析。試驗結(jié)果表明：在1.4倍設(shè)計荷載作用下，四號錐