重型鑄鋼萬向鉸支座性能分析與設計研究.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，而具有廣闊的應用前景。但目前已有的萬向鉸支座通?？估涂辜舫休d能力較低，尚不能滿足工程需求。另一方面，目前關于鑄鋼節(jié)點的設計規(guī)程《鑄鋼節(jié)點應用技術規(guī)程》（CECS235:2008）剛剛頒布，重型萬向鉸支座的設計和應用經(jīng)驗較少?；诖?，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計、足尺試驗和工程應用

2、，并通過理論分析和設計實踐，對新頒布的《鑄鋼節(jié)點應用技術規(guī)程》（CECS235:2008）中的部分條文進行了討論分析，提出了補充建議。主要進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)程對支座進行了校核。分析校核表明所設計支座能夠滿足規(guī)程要求，且支座受力明確、傳力直接、性能可靠。
　　（3）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。試驗研究表明所設計支座受力明確、傳力直接、性能可靠，所設計的加載系統(tǒng)適合復雜節(jié)點重型受力試驗。進行了有限元分析結果和試驗結果的對比驗證，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性能。
　?。?）對支座進行了受拉、受剪和受壓力學性能參數(shù)分析和經(jīng)濟性比較，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、材料屈服強度等參數(shù)對支座受壓、受剪和受拉時

5、力學性能、經(jīng)濟性以及等強設計的影響。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度對支座的受壓力學性能影響較大；上支座球餅厚度和材料屈服強度對支座的受剪力學性能和受拉力學性能影響較大。
　　（5）對影響支座純彈性設計的接觸問題和應力集中問題進行了分析，研究了影響接觸應力大小的主要因素，提出了減小應力集中的構造措施，并對規(guī)程中部分條文進行了探討，提出了補充建議。研究表明：減小兩接觸體半徑之差對減小接觸

6、應力最為有效；對應力集中區(qū)域進行局部加強、改變傳力模式和改變局部剛度分布均能有效地降低應力集中，三種方法中局部加強法最為有效。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力點的折算應力不應超過材料的抗拉強度。彈塑性雙折線模型的強化模量在規(guī)程給定范圍內(nèi)取值時對支座的極限承載力影響較大，建議結合實測的鑄鋼材性數(shù)據(jù)確定。對由