焊接空心球节点网壳结构的节点刚度等效刚臂换算研究

焊接空心球节点是网壳结构中常用的节点形式。本文提出了一种等效刚臂换算方法考虑焊接空心球节点刚度,并利用ANSYS有限元软件建立焊接空心球节点网壳结构的传统的梁单元模型和等效刚臂换算法的模型,对40m跨度的焊接空心球节点单层球面网壳进行静力和稳定性能分析,并进行了对比,讨论了设计中焊接空心球节点刚度对网壳整体结构刚度及稳定性的影响。同时,还研究考虑有限元软件计算中梁单元的计算精度对计算结果的影响。本文对焊接空心球节点单层网壳结构设计工作中考虑焊接空心球节点等效刚臂作用的意义提出了建议。     

薄壁空心球节点承载能力的非线性数值分析

现行网架规程中的焊接空心球承载力设计公式是以试验为基础的经验公式 ,对以稳定性控制的球壳 ,难以求得较为精确的屈曲临界点。应用对称旋转薄壳屈曲的非线性有限元理论 ,对空心球节点进行大位移弹塑性屈曲分析 ,得出了可供设计参考的空心球承载力数据表 ,并回归出适用于大直径空心球计算的近似公式 ,以确定空心球节点的失效状态及临界荷载。     

轴力和弯矩共同作用下铸钢空心球节点承载力的有限元分析

对铸钢空心球节点在不同的轴力和弯矩组合作用下的承载力进行了弹塑性有限元分析,得出了节点的塑性发展过程及极限承载力;并基于冲切面剪应力破坏模式推导了轴力和弯矩共同作用下的铸钢空心球节点承载力计算公式。     

黄石奥体中心体育场铸钢节点受力性能试验研究

黄石奥体中心体育馆钢结构罩蓬采用了树状支撑铸钢节点,为考察其在最不利设计工况下的受力性能,对树状支撑铸钢节点进行了足尺试验研究和非线性有限元分析。试验结果表明,在1.3倍设计荷载工况作用下,节点处于弹性状态,卸载后没有明显残余变形。有限元分析结果与试验结果吻合良好,弹塑性有限元分析得到的铸钢节点极限承载力满足《铸钢节点应用技术规程》中的相关要求,该铸钢节点具有较高的强度储备。分析了轴力与弯矩共同作用下铸钢空心球节点的应力分布规律,可为铸钢空心球节点的设计提供参考。     

弯矩作用下铸钢空心球节点承载力的有限元分析

以弹塑性理论为基础,应用有限元软件ANSYS对几十种不同规格的铸钢空心球节点在弯矩作用下的承载力进行了非线性有限元分析,得出了节点在弯矩作用下的破坏机理及极限承载力;并采用以最小二乘法为原理的线性回归模式回归了铸钢空心球节点在弯矩作用下的承载力计算公式。     

球外肋板加固焊接空心球节点的轴拉力学性能

由于锈损、火灾或地震损伤、荷载变化等因素,在役空间网格结构常会承载力不足,需要进行加固.针对空间网格结构中常用的焊接空心球节点,通过8个球外加肋试件的轴拉破坏试验和有限元参数化数值分析,研究了球外加肋对焊接空心球节点的加固效果,得出如下结论:1)轴拉作用下,焊接空心球、钢管与肋板连接处应力发展较快,最先达到屈服,而未加...     

轴力和弯矩共同作用下焊接空心球节点承载力研究与实用计算方法

国家游泳中心“水立方”多面体空间刚架结构中 ,杆件除承受轴力外 ,还承受相当大的弯矩 ,但目前规范对焊接空心球节点在轴力和弯矩共同作用下的设计方法尚属空白。本文采用理想弹塑性应力 应变关系和Von Mises屈服准则、同时考虑几何非线性的影响 ,建立了焊接空心球节点的有限元分析模型 ,对承受轴力、弯矩及两者共同作用的空心球节点进行了大量的非线性有限元分析。通过典型节点的试验研究 ,直观了解节点的受力性能和破坏机理 ,并验证了有限元模型的正确性。文中还推导了基于冲切面剪应力破坏模型的节点承载力的简化理论解。最后 ,综合简化理论解、有限元分析和试验研究的结果 ,提出了轴力和弯矩共同作用下的节点承载力实用计算方法 ,可供实际工程设计采用 ,也可供相关规程修订时参考     

大直径焊接空心球节点承载力研究综述

总结了大直径焊接空心球节点承载力的已有研究,从试验、理论和有限元方法三方面分别阐述了大直径焊接空心球节点承载力的发展历程。通过对不同加劲肋方式进行分类归纳,比较全面的概括了现有文献对加劲肋焊接空心球节点承载力的研究。由此得出已有研究存在的问题及不足。     

开孔焊接空心球节点承载能力试验研究与应用

预应力网架能较好地满足大空间、重荷载结构的要求 ,但其下弦节点比较难处理。现根据工程实践提出了一种新的节点———开孔焊接空心球节点 ,并用弹塑性有限元方法和模型试验研究了其承载能力及影响承载能力的因素 ,得出了一些对设计有益的结论     

大尺寸焊接空心球节点试验中极限承载力研究

工程实践中焊接空心球节点受压极限承载力的试验都是按照JGJ11-2009中的相关规定进行的,要求试验时需要适当增加钢管壁厚,但是对于需要加厚到什么程度,并没有明确的说明.有限元计算分析表明,按照JGJ11-2009要求设计的节点在加载时多是钢管先于空心球屈服而导致不能继续加载,空心球并未真正的破坏,所得的承载能力并非节点真实的极限承载能力.利用ANSYS有限元程序对外径800mm的5组131个空心球节点进行单向受压分析,得到了不同尺寸的钢管与空心球匹配关系下,球节点的破坏模式及相应的节点极限承载能力,并对外径800mm的空心球进行受压试验时钢管壁厚需要的增加量提出了参考值.     

方钢管焊接空心球节点的承载力与实用计算方法研究

国家游泳中心“水立方”采用了一种新型的多面体空间刚架结构,杆件形式包括圆钢管、方钢管和矩形钢管,节点则主要采用焊接空心球节点。本文系统研究在轴力、弯矩及两者共同作用下方钢管焊接空心球节点的受力性能与承载能力。建立了采用理想弹塑性应力-应变关系、Mises屈服准则,同时考虑几何非线性的有限元分析模型,并对承受轴力、弯矩及两者共同作用的方钢管焊接球节点进行了大量的有限元参数分析。对轴力和弯矩共同作用的焊接球节点,其轴力-弯矩相关关系与节点的几何参数(包括空心球的球径、壁厚及钢管边长)无关。对若干典型节点进行了试验研究,直观了解节点的受力性能和破坏机理,并验证了有限元模型的正确性。还推导了基于冲切面剪应力破坏模型的节点承载力简化理论解,从而得到节点承载力计算公式的基本形式。最后,综合简化理论解、有限元分析和试验研究的结果,建立了轴力、弯矩及两者共同作用下方钢管焊接球节点承载力的实用计算公式,其中,对轴力和弯矩共同作     

Post-fire Behavior of Welded Hollow Spherical Joints Subjected to Eccentric Loads

Welded hollow spherical joints are widely used as a connection pattern in space lattice structures. Understanding the post-fire residual behavior of welded hollow spherical joints is crucial for fire damage assessment of the space lattice structures. However, the post-fire behavior of welded hollow spherical joints has not been explored in existing studies. In this paper, experimental and numerical studies were conducted to investigate the residual behavior of eccentrically loaded welded hollow spherical joints after fire exposure. Eccentric compressive tests were performed on five joint specimens after exposure to the ISO-834 standard fire (including both heating and cooling phases), and three highest fire temperatures, i.e., 600, 800, and 1000 °C, were considered. The temperature distributions in the specimens during the heating and cooling process and the related mechanical behavior of the specimens, such as load versus longitudinal displacement and rotation responses, load-bearing capacities, and strain distributions, were obtained and analyzed. Finite element analysis (FEA), including both heat transfer and mechanical analysis, were also developed using the ABAQUS software. Having validated the FE models against the experimental results, a design method was proposed on the basis of parametric studies to predict the residual load-bearing capacity of eccentrically loaded welded hollow spherical joints after fire exposure.     

网架焊接空心球节点静力及疲劳性能研究

焊接空心球节点是网架结构合理的节点型式。本文从理论和试验两方面对其静力及疲劳性能进行了试验研究。利用有限元计算和大量应变实测基本摸清了单向受拉弹性阶段球面应力分布的规律,通过理论及200多个试验数据的综合分析,提出了新的简单、合理的承载力计算公式。通过四种规格15个试件的疲劳试验,得到了S-N曲线,借助薄壳理论分析求得SCF计算公式,并将热点应力幅的概念用于研究,建立了适用于各种管球配合的剖口焊情况下疲劳验算方法。     

受压加肋焊接空心球节点抗火试验研究

为研究火灾下受压加肋焊接空心球节点的性能,对2个足尺节点进行受火试验。通过试验得到了加肋焊接空心球节点在标准火灾下的节点表面温度场、不同荷载下节点的耐火时间、破坏形式以及位移特征。根据欧洲规范,建立了三维加肋焊接空心球节点的有限元模型,分析了火灾下节点温度发展规律及位移特征。有限元分析结果与试验结果的对比验证了有限元分析的正确性。研究结果表明：升温过程中,加肋焊接空心球节点中远离加劲肋处的球壳温度最高,靠近加劲肋以及钢管连接处的球壳温度较低;火灾下受压加肋焊接空心球节点的破坏具有突然性,破坏发生在钢管与球节点的连接处;荷载比大的球节点耐火时间短。     

受压焊接空心球节点高温试验研究

为研究受压焊接空心球节点火灾下的性能,利用高温试验炉,对不同空心球外径和壁厚、钢管外径和壁厚、钢材屈服强度和荷载比的6种受压焊接空心球节点试件进行了高温作用下的试验研究,得到了其在高温下的温度分布、位移特征和破坏形式,并研究了对其极限耐火时间的影响因素;根据欧洲规范,对受压焊接空心球节点高温作用下的性能进行了非线性有限元数值模拟,分析了节点的温度场分布规律和影响因素。通过分析高温作用下节点的位移变化特征,确定了其破坏模式;试验结果和有限元分析结果进行了对比,二者吻合较好。研究结果表明：增大焊接钢管壁厚和降低焊接空心球节点实际承受的荷载可以有效地延长受压焊接空心球节点的极限耐火时间;钢管根部是高温作用下受压焊接空心球节点的薄弱部位。图13表2参9     

双肋焊接空心球受压极限承载力有限元分析

依据弹塑性模型和Von—Mises屈服准则对不同形式加劲肋的空心焊接球，进行了非线性有限元分析，研究了节点参数变化对其受压极限承载力的影响，通过大量的计算分析提出了一些有益的结论。     

焊接空心球节点的拉压极限承载力分析

采用三维退化曲壳有限元对焊接空心球节点的极限承载力进行了计算。推导了其切线刚度矩阵和弹塑性矩阵,采用多线性等向强化模型和Von-Mises屈服准则,在对6组受拉节点和6组受压节点的试验结果进行了数值模拟的基础上,提出了适于有限元分析的强度破坏准则和极限准则;采用柱面弧长子增量技术,跟踪了节点在轴向荷载作用下的荷载-位移曲线。通过计算发现,焊接空心球节点在轴向受拉荷载作用下为强度破坏,而在轴向受压荷载作用下为弹塑性压曲破坏,两者均与钢材的设计强度有关。最后,在对32组受拉节点和32组受压节点承载力回归分析的基础上,提出了球外径适用范围为160～900mm的焊接空心球节点承载力计算公式。     

加肋焊接空心球节点受压承载力参数分析

现行《网壳结构技术规程》在计算带加劲肋的焊接空心球时的承载力公式是由试验回归分析得出的,有关加劲提高系数方面很少有系统的研究。本文采用有限元分析的方法,对直径从300～500mm的加劲空心球,球壁厚、钢管直径、钢管壁厚不同的各种情况下的有限元分析结果与非加劲空心球的结果做一比较,得出受压承载力提高系数并非在任何情况下均为1.4,而是与钢管直径、钢管壁厚等因素有关。最后,以直径为500mm的球为例,分析了不同球壁厚、钢管直径、钢管壁厚对带加劲肋的焊接空心球受压承载力的影响,得出的结论可供实际工程或相关规程修订时参考。     

钢管贯通焊接球节点的有限元分析

网架(壳)结构中,当杆件的轴力较大、焊接空心球节点承载力不能满足设计要求时,采用钢管贯通焊接球来提高节点的承载力是目前最有效的措施之一。本文采用ANSYS有限元程序,弹塑性应力—应变关系和Von-Mises屈服准则,同时考虑几何非线性的影响,对钢管贯通焊接球节点的极限承载力进行了较为详细的计算分析。本文首先对六组空心球节点进行计算,并与试验结果进行对比来验证本文模型的正确性,进而研究钢管贯通焊接球在单向受力、平面受力和空间受力状态下节点的破坏模式和极限承载力,并比较了不同球壁厚钢管贯通焊接球节点的承载力。本文的分析结果对实际工程设计具有一定的指导意义。     

焊接空心球节点的承载能力分析

依据理想弹塑性模型和Von-Mises屈服准则对不同直径的焊接空心球节点进行了非线性有限元分析.注意到大量关于焊接空心球节点的试验实际情况,对这些有限元计算结果进行了二元回归分析,从而得到了影响空心球节点承载力的主要因素与承载能力之间的关系式.与数值结果的比较表明,所提出的公式与规程JGJ7-91中的公式吻合较好,同时拓宽了规程中公式的适用范围,可适用于外径大于500mm的焊接空心球节点的承载力计算.已被《网架结构设计与施工规程》(JGJ7-91)的修订采用.