單層空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中心環(huán)-套筒節(jié)點力學(xué)性能研究.pdf

1、單層空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)以其輕盈多變的造型和合理的受力性能在國內(nèi)外得到廣泛的應(yīng)用。如日本的名古屋穹頂、美國新奧爾良超級穹項體育館，以及上海世博會陽光谷等。單層空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的兩個重要組成部分是桿件和節(jié)點，節(jié)點的力學(xué)性能諸如節(jié)點強度、剛度、延性等對空間結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能有很大影響。國內(nèi)用于單層空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的節(jié)點主要有焊接空心球節(jié)點、螺栓球節(jié)點、相貫節(jié)點、嵌入式轂節(jié)點等。除轂節(jié)點外，其他都是焊接節(jié)點。而轂節(jié)點由于節(jié)點剛度和承載力不高，應(yīng)用受到很大限制。相

2、比于焊接結(jié)構(gòu)，裝配式結(jié)構(gòu)具有經(jīng)濟、效率高等優(yōu)點。在國外，尤其在德國，裝配式節(jié)點廣泛的應(yīng)用于單層空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中，而在國內(nèi)，單層空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)絕大多數(shù)采用的是焊接節(jié)點。
　　本文提出一種新型單層空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)裝配式節(jié)點形式，即中心環(huán)-套筒節(jié)點，該節(jié)點構(gòu)造簡單、受力明確、剛度和承載力較好，且不要求很高的加工和安裝精度。本文對其進行了較為系統(tǒng)的力學(xué)性能研究，并提出了節(jié)點的設(shè)計方法。具體工作包括以下幾個方面:
　　(1)提出一種新型單層空

3、間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)裝配式節(jié)點形式，即中心環(huán)-套筒節(jié)點。通過對一短程線型單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進行設(shè)計分析，確定桿件的尺寸以及節(jié)點的受力情況，得到桿件軸力、剪力和彎矩的比例關(guān)系，設(shè)計試驗加載方式。根據(jù)節(jié)點形式來分析節(jié)點傳力路徑，設(shè)計節(jié)點參數(shù)。共設(shè)計了15個節(jié)點，包括6個參數(shù)，分別為:螺栓數(shù)量、螺栓直徑、螺栓間距、套筒長度、節(jié)點長度以及軸力和彎矩的比例等;
　　(2)結(jié)合實驗室現(xiàn)有條件，設(shè)計了節(jié)點的試驗裝置，較好的消除了軸向力產(chǎn)生的“二次彎矩”影響。通

4、過拉伸試驗得到了桿件材料的材性性能。對15個節(jié)點進行了試驗，得到了節(jié)點的破壞模式以及破壞過程;
　　(3)通過ANSYS軟件對節(jié)點進行有限元模擬分析。對15個節(jié)點進行有限元模擬，分析了節(jié)點的應(yīng)力分布及應(yīng)力發(fā)展過程。將節(jié)點荷載-位移曲線的數(shù)值模擬結(jié)果和試驗結(jié)果進行了比較，數(shù)值模擬所得到的節(jié)點剛度、承載力以及應(yīng)力與試驗結(jié)果吻合較好，驗證了有限元模型的正確性;
　　(4)綜合試驗和有限元模擬結(jié)果，分析了節(jié)點的破壞機理，總結(jié)了節(jié)點的

5、破壞模式。比較了試驗、模擬、理論計算所得的承載力，發(fā)現(xiàn)節(jié)點破壞時塑性發(fā)展較好。進行了參數(shù)對比，研究各個參數(shù)對節(jié)點破壞模式以及節(jié)點力學(xué)性能的影響并分析原因。研究了方鋼管焊接球作為剛節(jié)點考慮時焊接球壁厚的選取方法，并對方鋼管焊接球進行了有限元數(shù)值模擬研究。最后將中心環(huán)-套筒節(jié)點與方鋼管焊接球節(jié)點的力學(xué)性能進行了比較，討論了中心環(huán)-套筒節(jié)點的剛度和承載力水平;
　　(5)根據(jù)上述研究結(jié)果，提出了中心環(huán)-套筒節(jié)點的建議設(shè)計方法，便于工程應(yīng)