方鋼管、矩形鋼管焊接空心球節(jié)點的承載力與實用計算方法研究.pdf

1、焊接空心球節(jié)點是網架、網殼中應用最廣的節(jié)點形式之一，它具有構造簡單、傳力明確、連接方便等優(yōu)點。在為2008年奧運會興建的國家游泳館中心的“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，但目前的研究都針對配合圓鋼管的焊接球節(jié)點，對配合方鋼管和矩形鋼管的焊接球節(jié)點尚無相關研究。本文采用有限元分析、試驗研究以及簡化理論解三條途徑，系統(tǒng)研究這兩種節(jié)點在軸力、彎矩以及二者共同作用下的受力性能和破壞機理，最終目標是建立其實用計算方法

2、。 首先，本文在查閱大量國內外相關文獻的基礎上，較為詳細地敘述了焊接空心球節(jié)點的發(fā)展過程與研究現狀，總結了40多年來有關焊接空心球節(jié)點的承載力計算公式。指出了論文的研究背景，并明確論文的主要研究內容。 針對方鋼管焊接空心球節(jié)點特有的幾何特征定義了坐標體系，給出了它的計算模型，然后應用薄殼理論推導了殼體理論公式，根據計算模型和坐標體系，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雜，應用解析法很

3、難求得其解析解，最后采用有限元方法對其進行了彈性分析。 采用理想彈塑性應力—應變關系和Von-Mises屈服準則、同時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)點的有限元分析模型，對影響方鋼管、矩形鋼管焊接空心球節(jié)點承載力的一些重要參數進行了深入分析。對軸力和彎矩共同作用的焊接空心球節(jié)點的研究表明，軸力—彎矩相關關系與節(jié)點的幾何參數無關，這極大地簡化了軸力與彎矩共同作用下節(jié)點承載力的計算方法。此外，分析了方鋼管、矩

4、形鋼管焊接空心球節(jié)點在軸力、彎矩以及二者共同作用下的應力分布情況。 根據焊接空心球節(jié)點在荷載作用下的破壞具有沖剪破壞的特征，在沖切面上剪應力起控制作用的原理，推導了方鋼管、矩形鋼管焊接空心球節(jié)點在軸力、彎矩以及二者共同作用下的簡化理論解，給出節(jié)點計算公式的初步形式。 為進一步深入了解方鋼管、矩形鋼管焊接空心球節(jié)點的受力性能和破壞機理，驗證理論和有限元模型的正確性，對3種不同規(guī)格的10個焊接球節(jié)點(其中6個配合方鋼管、4個

5、配合矩形鋼管)進行了試驗研究。 綜合簡化理論解、有限元分析和試驗結果，給出了方鋼管、矩形鋼管焊接空心球節(jié)點在軸力、彎矩以及二者共同作用下的實用計算公式，可供實際工程設計采用，也為相關規(guī)程的修訂提供了依據。 此外，國家游泳中心多面體空間剛架的桿件與節(jié)點之間采用全熔透的對接焊縫連接。為避免焊縫脆性破壞先于鋼材破壞，確保結構具有良好的延性，有必要對焊縫連接節(jié)點進行適當加強。對方鋼管桿端承受彎矩的連接，在未加強全熔透焊縫連接的基