国家体育场桁架柱内柱节点设计研究

国家体育场钢结构桁架柱的内柱节点杆件数量多,几何关系复杂,是结构受力的关键部位。本文提出大尺寸焊接薄壁菱形截面内柱节点的几何构型方法,使菱形内柱与腹杆同宽,可以适用于任意角度腹杆相交的情况。在内柱节点域内设置横向加劲肋与局部竖向加劲肋,可以有效地增强节点的刚度,实现“强节点”的设计理念,确保节点构造的可靠性与经济性。通过合理设置拼接焊缝位置以及采用整板切割等方式,有效地控制焊缝的数量与位置。采用有限元法研究节点的受力形态,通过合理调整板件厚度,避免节点出现应力集中。     

平面钢管桁架管内加劲相贯节点有限元分析和试验研究

焊接钢管桁架有时需要在节点区设置加劲肋。对焊接钢管内加劲相贯节点进行有限元分析 ,探讨了管内加劲节点的传力路径 ,通过缩尺模型试验验证了有限元分析结果。针对节点区应力集中 ,提出有效缓解应力集中的构造措施。有限元分析表明 ,管内加劲节点中的加劲肋是重要的受力部件 ,为该节点的设计提供了理论依据。     

国家体育场桁架柱内柱多腹杆焊接节点性能研究

对国家体育场钢结构桁架柱的节点进行了比例为1∶5的缩尺模型试验研究和有限元分析。该节点为主桁架梁与桁架柱的连接节点,由1根菱形内柱与11根箱形截面腹杆形成的复杂空间管节点,并且节点内布置了许多加劲肋。论文介绍了节点的试验方法,描述了整个加载过程中节点行为和最后的破坏模式。从节点受力性质、构造、几何尺寸等角度,讨论了节点的破坏机理。研究表明节点的薄弱环节出现在受压腹杆,发生局部屈曲。弦杆内设置加劲肋是防止弦杆板件塑性破坏和局部屈曲的有效构造措施。论文提出了实际结构中该节点设计和制作时应采取的措施。     

国家体育场大跨度钢结构修改初步设计

在国家体育场修改初步设计中首次采用CATIA软件,解决复杂建筑的空间建模问题;中厚钢板采用Q345GJ钢材,有效降低了用钢量;在进行大跨度结构计算与优化时,分别考虑了常遇地震、中震与罕遇地震作用;提出太阳辐射引起结构温升的计算方法,合理确定安装合拢温度;运用单元逐次激活的技术,进行施工过程分析;根据管桁架和次结构杆件的特点,合理确定压杆的计算长度系数;研究了在次结构薄壁箱形构件内部设置纵向加劲肋对改善板件局部稳定性及延性的影响;提出主桁架单K节点、双K节点、桁架柱带有内部加劲肋节点及铸钢转换节点构造;通过动力特性分析,确认了立面大楼梯在人群挤塞荷载下的舒适性.     

钢管混凝土拱桥管节点有限元分析

钢管混凝土桁架拱桥中多采用主支管直接相贯焊接的节点构造型式。管节点连接处几何形状突变,应力集中明显,使节点成为整个结构的薄弱环节。基于此,采用ANSYS,选取四管桁架拱桥中的三种典型节点构造,利用圣维楠原理分别考虑弦杆与腹杆夹角、主支管管径比、主支管管壁厚比三个参数的影响,对节点进行局部受力分析,考察其对节点构件应力的影响。     

钢管混凝土拱桥管节点有限元分析

钢管混凝土桁架拱桥中多采用主支管直接相贯焊接的节点构造型式.管节点连接处几何形状突变,应力集中明显,使节点成为整个结构的薄弱环节.基于此,采用ANSYS,选取四管桁架拱桥中的三种典型节点构造,利用圣维楠原理分别考虑弦杆与腹杆夹角、主支管管径比、主支管管壁厚比三个参数的影响,对节点进行局部受力分析,考察其对节点构件应力的影响.     

国家体育场桁架柱外柱节点试验研究

国家体育场焊接箱形截面桁架柱外柱节点中采用了内设加劲肋的K型搭接节点,且部分节点与次结构腹杆相连接。为考察此类构造复杂的桁架外柱节点的静力承载性能,分别进行了无次结构和有次结构外柱节点的1∶4缩尺模型试验和有限元分析。本文详细介绍了节点试验的试验方法和结果,给出了节点的应变发展规律、受力性能和破坏模式。试验结果和有限元分析结果表明,采取了内设加劲肋等加强措施的桁架柱外柱节点具有较高的承载性能,节点强于杆件。     

钢空腹夹层板剪力键节点域力学特性对比分析

空腹夹层板是一种新型装配式屋盖(楼盖)结构形式,造型美观节约层高且具有良好的空间协同工作特性。剪力键是空腹夹层板形成空间协同工作体系的关键节点。为研究由圆形钢管(CHS)、矩形钢管(RHS)和菱形钢管(DHS)组成的三种类型剪力键节点域在水平荷载作用下的应力分布规律和刚度变化特征,建立了节点域数值模型进行参数化分析,综合考虑了加劲板宽度(bs)和方钢管厚度(t0)的变化,得出了各参数对各节点应力分布规律和刚度特性的影响程度。研究结果表明:加劲板宽度和钢管厚度的变化对三种类型节点的强度和刚度均有不同程度影响。其中,采用增大加劲板宽度的措施对于圆钢管和矩形钢管节点的受力性能提升较菱形节点更为有效。未设置加劲板或者加劲板宽度较小的情况下,由于菱形节点具有更合理的几何形态,因此菱形钢管节点局部受拉、压性能以及抗弯刚度等性能优于圆形钢管和矩形钢管节点。研究结论可为不同类型结构工程应用提供参考。     

神农大剧院钢结构节点设计与研究

神农大剧院外壳钢结构根据连接部位的不同特点分别采用了焊接鼓形节点(A型)、铸钢节点(B型)、矩形钢管(内带加劲板)焊接节点(C型)、矩形钢管直接相贯焊节点(D型)及圆形钢管直接相贯焊节点(E型)等多种节点形式,其中A,B及C型节点连接杆件较多(最多达十几根),空间交汇关系复杂且受力较大。重点介绍了A,B及C型节点的设计及构造。对各型节点均进行了弹塑性节点分析,总结了各型节点的受力性能特点及试验研究结果,并对其安全性进行了评价。     

球外加肋加固既有网架焊接空心球节点的非线性数值分析

设置加劲肋是提高焊接空心球节点承载能力的一个有效途径,但是在球内设置加劲肋对于既有网架节点加固来说十分困难。球外设置加劲肋可能是加固既有网架结构节点的一个可能途径。本文基于数值模拟的方法对球外设置加劲肋加固网架球节点的受力变形和破坏过程进行了分析。在数值模拟中考虑了几何非线性和材料非线性两种非线性效应。以某实际工程加固为依托,研究了空心球节点在单向受力状态和空间复杂受力状态两种情况下的受力和变形特征,对焊接空心球节点的加固前后的破坏过程进行了对照分析,给出了环状肋加固球节点的承载力提高系数。     

上海旗忠网球中心屋盖支座圆管节点强度研究

以上海旗忠网球中心可开闭屋盖支座节点为工程背景,探讨了由7根支管和1根主管焊接而成的复杂空间多支管节点静力强度。首先进行了两个1∶3的缩尺模型节点静力对比试验,一个节点的主管中不设置加劲板,另一个节点在主管内设置了环向加劲板。试验研究了节点的破坏模式、应力分布、塑性发展、承载能力,观察了加劲板对节点性能的影响。其次,应用有限元方法对两个所试验的模型节点受力性能进行了数值分析,将计算结果与试验结果作了比较,表明有限元数值分析有效可靠。最后,讨论了增强复杂管节点强度的措施,进行了环向加劲板构造参数的有限元分析。研究表明主管径大壁薄、多支管的空间圆管节点在支管有拉有压的情况下很容易发生主管屈服破坏,设计时建议在主管内布置环向加劲板来保证节点刚度和强度,须根据支管轴力大小、拉压性质、支管与主管相交位置等因素来精心设计加劲板的位置和数量。加劲板的厚度不宜小于主管的壁厚,加劲板中心开孔的直径不宜大于0.5倍的主管直径。     

加劲肋对钢管相贯节点力学性能的影响

加劲肋可以提高钢管相贯节点的承载力及刚度,进而提高节点可靠性和结构整体稳定性.其中,加劲肋的平面尺寸、厚度、形状以及加劲肋是否贯穿钢管等对节点的刚度、承载力及延性有很大影响.以一个钢管相贯节点足尺试验为基础,通过一系列扩展的有限元模型来分析加劲肋厚与管厚比、加劲肋尺寸与管径比和加劲肋是否贯穿钢管等因素对节点承载力、屈服前后刚度以及延性的影响.研究结果表明,加劲肋可以显著提高节点承载力和刚度.对于仅焊于钢管外的加劲肋,合理的厚度比(加劲肋厚度与管壁厚度之比)为α=0.5 ～1.0;对于贯穿钢管的加劲肋,合理的厚度比为α=0.5 ～0.8;加劲肋边长与管径之比β的合理取值为0.6～1.     

Experimental and Numerical Study on Complex Multi-planar Welded Tubular Joints in Umbrella-Type Space Trusses with Long Overhangs

A test rig with multi-functional purposes was specifically designed and manufactured to study the behavior of multi-planar welded tubular joints subjected to multi-planar concurrent axial loading. An experimental investigation was conducted on full-scale welded tubular joints with each consisting of one chord and eight braces under monotonic loading conditions. Two pairs or four representative specimens (two specimens for each joint type) were tested, in which each pair was reinforced with two kinds of different internal stiffeners at the intersections between the chords using welded rectangular hollow steel sections (RHSSs) and the braces using rolled circular hollow steel sections (CHSSs) and welded RHSSs. The effects of different internal stiffeners at the chord–brace intersection on the load capacity of joints under concurrent multi-planar axial compression/tension are discussed. The test results of joint strengths, failure modes, and load–stress curves are presented. Finite element analyses were performed to verify the experimental results. The study results show that the two different joint types with the internal stiffeners at the chord–brace intersection under axial compression/tension significantly increase the corresponding ultimate strength to far exceed the usual design strength. The load carrying capacity of welded tubular joints decreases with a higher degree of the manufacturing imperfection in individual braces at the tubular joints. Furthermore, the interaction effect of the concurrent axial loading applied at the welded tubular joint on member stress is apparent.     

某车站雨棚铸钢节点有限元分析

铸钢节点作为一种新型的节点形式目前已经广泛应用于大跨空间结构中,利用ABAQUS分析软件,对某车站雨棚铸钢节点进行有限元分析,模拟出该节点的实际工作状况,得到节点在设计荷载作用下的应力大小及其分布规律。分析结果表明:本工程铸钢节点在设计荷载作用下处于弹性状态,可以满足设计要求。同时也为铸钢节点的进一步研究和分析提供依据。     

Strength of tubular welded joints of roof trusses in Shanghai Qizhong Tennis Center

Static strength of multi-planar welded joints with seven brace members and one chord member made of circular hollow sections is investigated in the paper, based on the engineering practice of moveable roof trusses of Shanghai Qizhong Tennis Center. Firstly, comparative experiments were carried out on two model joints with a scale of 1:3. One joint was not reinforced, whereas the other was reinforced with ring stiffeners inside the chord member. Failure mode, stress distribution, plastic-zone development and ultimate load capacity of the joints were investigated, and effects of the ring stiffeners on the joint behavior were observed through the experiments. Secondly, finite element analysis of both the tested model joints was performed. The calculation results are in a good agreement with the experimental results, which indicated that the numerical analysis was quite effective. Finally, the strategy for enhancing strength of the complicated joint is discussed. Parameters study on the constructional details of ring stiffeners was carried out using FE method. The present research shows the multi-planar circular hollow section joint with high ratio of diameter to thickness of the chord and multiple braces is liable to chord plasticity under axial tension and compression on the braces. For the design of the joint, it is suggested that the ring stiffeners are installed insider the chord to meet needs of enough stiffness and strength. Both position and number of the stiffeners should be carefully determined based on the axial forces on the braces and their diameters. The stiffener thickness should not be less than the chord thickness, and the diameter of the hole at the center of the stiffener should not be greater than half of the chord diameter.     

45°轴承组合支座铸钢节点试验和有限元分析

铸钢节点作为一种新型的节点形式,目前已经广泛应用于大跨空间结构中。由于节点本身造型的复杂性,其计算必须借助于有限元软件进行分析。对于较重要的工程及受力较为复杂的铸钢节点,还需要通过一定的试验来验证有限元建模的准确性。运用大型通用有限元软件ANSYS对中国航海博物馆支座45°轴承组合支座铸钢节点进行真实工作状态的模拟和分析,同时考虑材料、接触非线性,并通过试验进行验证,说明模型建立正确且与试验吻合较好,从而为工程设计、分析提供参考。     

ABAQUS软件在建筑结构构件和节点分析中的应用

介绍大型通用有限元软件ABAQUS在建筑结构构件和节点分析中的应用,具体包括钢筋混凝土构件、新型钢管混凝土组合构件、钢筋混凝土剪力墙、钢管混凝土梁柱节点以及复杂的铸钢节点、柱脚等分析实例,可为相关工程设计提供参考。     

圆钢管混凝土K型焊接管板节点受力性能试验

为研究格构式钢管混凝土风力发电机塔架K型焊接管板节点的受力性能,进行了4个圆钢管混凝土K型焊接管板节点的单调静力加载试验和1个空心圆钢管K型焊接管板节点的对比试验,探讨了该类节点的破坏模式、极限承载力以及节点区应力分布和发展规律,研究了各试验参数对节点受力性能的影响。试验结果表明:塔柱内混凝土的填充使得焊接管板节点的破坏模式由节点交汇处塔柱管壁塑性变形失效转变为节点板失效和腹杆失效;节点的极限承载力大幅增加,变形减小;节点几何参数和构造参数的变化对试件受力性能的影响较大;当节点板中部设置加劲肋时,节点的承载力提高,节点板平面外失稳得以避免;当节点极限承载力由腹杆屈曲或屈服承载力控制时,在一定范围内随着腹杆与塔柱管径比和壁厚比的增加,节点的承载力提高。     

空间圆管内加劲相贯节点静力承载力试验

通过对2组共4个空间复杂钢管节点的静载性能试验研究,讨论不同构造对应力传递途径和破坏模式的影响。在专门设计一套空间自平衡加载装置上进行缩尺试验模型的加载,得到两组节点不同内加劲形式下的承载力极限状态。根据试验得到的破坏模式给出节点设计的合理建议:67FB组节点两种内加劲方式均满足承载力要求;67EB节点则应在底座钢管内设置十字加劲肋并与主管可靠施焊,以获得足够的承载能力。     

国家游泳中心“水立方”结构设计优化

国家游泳中心“水立方”的墙体和屋盖结构创造性地采用了新型多面体空间刚架结构体系,该结构的弦杆选用矩形钢管、腹杆选用圆钢管,节点为焊接球节点。虽然结构的构成类似网架结构,但结构构件的受力状况完全不同于网架结构的二力杆,而表现为类似空腹网架的刚接梁。杆件内力包含弯矩、轴力、剪力、扭矩,弯曲应力大于轴向应力,所以结构的优化较为复杂。本文结合具体的结构设计,全面介绍了结构设计计算中的优化内容,包括:“强墙弱盖”优化,墙体杆件和屋盖杆件选用不同应力水平控制;截面类型优化,放弃加劲肋截面而改用紧凑型截面,充分发挥截面塑性,提高结构延性;几何构成“杂交”优化,将屋盖下弦贯通内墙,为减小屋盖与墙体交界处杆件过大的弯曲应力而附加少数腹杆,形成局部汇交力系;“铰接”优化,采用铰接计算处理策略,将少数弯曲应力较大无法满足规范要求的杆件两端处理为铰接,加强其周围相关杆件,再刚接迭代计算,较好满足承载力要求;“强节点弱杆件”优化,提高结构延