螺栓球节点力学性能研究及弯矩-转角关系式的建立

螺栓球节点常用于网架及双层网壳结构中,目前在一些小跨度、接近球形的单层网壳中也有所应用。现阶段对螺栓球节点网架及双层网壳进行分析时,通常将螺栓球节点假定为理想铰接,实际上该节点是介于刚接和铰接之间的半刚性节点。通过建立螺栓球节点的精细化模型,得到螺栓球节点的抗弯刚度及对应的弯矩-转角曲线,并利用已有试验数据验证了数值模型的合理性。研究了螺栓球节点相关参数（即螺栓直径、预紧力大小、锥尾壁厚和套筒厚度）对节点抗弯刚度的影响。研究表明：螺栓球节点的初始刚度和极限弯矩在一定范围内随螺栓预紧力的增大而提高,当螺栓预紧力达到100 kN时,其对螺栓球节点抗弯刚度的影响逐渐减弱;锥尾壁厚及套筒厚度对螺栓球节点极限弯矩的影响较大,而对节点初始刚度的影响较小;螺栓球节点的抗弯刚度随着螺栓直径的增加而增大。利用对螺栓球节点参数化分析的结果并结合节点的自身特性,基于KISHI等提出的幂函数模型,推导出了螺栓球节点弯矩-转角关系公式,该公式计算值与数值模拟的弯矩-转角曲线吻合度较高,能有效地模拟螺栓球节点弯矩-转角的关系。     

螺栓球柱节点单向受压承载力研究

螺栓球柱节点是一种适用于无檩网架的新型空间结构节点。简要介绍了5个单向受压螺栓球柱节点的试验过程和试验现象;采用有限元软件ABAQUS建立了受压试件的数值模型,将数值分析获得的破坏模式、荷载-位移曲线与试验结果相比较,验证了数值模型的有效性。定义了节点单向受压承载力的取值准则,同时建立了80个节点数值模型对螺栓球柱节点的单向受压承载力影响参数进行了分析。数值分析结果表明:圆柱筒壁直径越小、壁厚越厚、筒壁高度越高,节点的单向受压承载力越高;与节点相连弦杆的截面宽度越大、长度越小,节点承载力越高;在空心圆柱体顶部增设加劲肋可提高螺栓球柱节点的轴向刚度和承载力。基于理论分析,拟合得到了螺栓球柱节点单向受压承载力的实用计算式。拟合计算式计算结果与试验结果的相对差值百分比均在10%以内,具有良好的工程使用价值。     

锥头强度的理论分析和简化计算

螺栓球节点具有加工和施工安装方便等优点 ,在网架结构工程中得到了大量使用。但是锥头作为螺栓球节点中受力比较复杂的连接构件 ,目前还没有具体的计算方法和设计公式。我国现行《网架结构设计与施工规程》(JGJ 7-91)第4 4 7条规定 ,锥头的任何截面应与连接的钢管等强 ,但如何进行核查未做明确规定。本文用轴对称理论简化计算模型 ,考虑锥头与螺栓的共同作用 ,采用接触元理论求解锥头与螺栓的接触传力。通过单参数分析确定锥头构造尺寸等参数与锥头极限承载力之间的函数形式 ,从而设定回归模式 ,并用正交试验设计理论设计锥头模型 ,采用有限元程序进行弹塑性全过程分析 ,应用多元线性回归理论 ,拟合出锥头的极限承载力公式和设计承载力公式。文末还用推导得出的设计承载力公式对现有生产锥头厂家所生产的锥头进行比较并作了评述。     

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。     

特殊约束条件下网架支座节点的分析与设计

分析了某跨度为70.5m的水泥熟料库圆台形网架支座对网架结构整体性能的影响,提出了一种专门的平面内径向可动、法向约束的螺栓球节点支座,建立了包括支座底板、加劲肋、锚栓、法向限位板等在内的Abaqus有限元模型,并重点分析了节点的受力状态。结果表明,所提支座形式可以改善整体网架的经济性,并具有安全可靠的受力性能。     

格构式钢管混凝土风电塔架螺栓球万向节点损伤机制分析

为研究格构式钢管混凝土风电塔架结构螺栓球万向节点的损伤机制和力学性能,进行了4个螺栓球节点模型的静力试验,并采用ABAQUS有限元软件对其进行了非线性分析。通过变化锥台与腹杆壁厚比τ和包裹体径厚比γ两个参数,分析节点的受力性能和损伤机制。结果表明:螺栓球万向节点的破坏模式主要为锥台壁的屈曲破坏和锥台与包裹体间的焊缝撕裂破坏;锥台壁厚的变化对螺栓球万向节点破环的产生和发展有重要影响;节点承载力对锥台与腹杆壁厚比较敏感,其次是包裹体径厚比,且壁厚越厚,承载力越高;靠近受拉侧的锥台等效应力最大,锥台壁应力分布由受拉侧至受压侧呈减小趋势,且等效应力随包裹体径厚比的增大而减小;当包裹体径厚比γ≤38.5时,且锥台壁厚相同时,节点的承载力随着γ的增大而降低,当γ38.5时,随着γ的增大,节点的承载力下降幅度显著减小;当锥台与腹杆壁厚比τ≤3.4时,节点的承载力随着τ的增大而增大,当τ3.4时,承载力增加幅度明显降低。建议针对此类节点在实际工程设计时取γ=38.5与τ=3.4。     

钢板加固螺栓球节点力学性能试验研究

针对螺栓球节点高强螺栓漏拧、少拧的情况,实际工程中常采用焊接钢板加固螺栓球节点来保障螺栓球节点承载力。为探究钢板加固螺栓球节点的破坏形式及极限承载力规律,对三组高强螺栓拧入深度0.5d(d为螺栓直径)螺栓球节点采用钢板加固并进行受拉承载力试验。试验结果表明,钢板加固螺栓球节点虽能提高节点的承载力,但试件高强螺栓和钢板变形很难协调,共同受力不理想,易发生局部破坏。故对原有加固方法进行改进,并进行加固后螺栓球节点拉伸破坏试验。结果表明,改进后的钢板加固螺栓球节点力学性能得到很好的提升,可为螺栓节点加固提供保障。     

螺栓球节点的静力及滞回性能研究北大核心CSCD

螺栓球节点广泛应用于网架及双层网壳中,属于典型的半刚性节点.在传统的设计与分析中,常忽略抗弯刚度而将其假设为铰节点,造成结构实际内力与数值计算结果出现偏差,因此有必要研究螺栓球节点的力学性能.利用ABAQUS软件建立了螺栓球节点的精细化模型,通过与已有试验结果的对比验证了模型的准确性;深入研究了不同参数下螺栓球节点的轴向与抗弯刚度及滞回性能.研究表明:当螺栓球节点受轴向压力作用时,套筒承受大部分作用力,节点的轴压刚度随螺栓直径和套筒厚度的增加而增大;当螺栓球节点受轴向拉力作用时,螺栓及锥头承受大部分作用力,节点的轴拉刚度随螺栓直径和锥头底板厚度的增加而增大;在同一拉弯及压弯应力比下,螺栓球节点在拉弯作用下的极限弯矩值高于压弯作用下的极限弯矩值,而拉弯及压弯作用下节点的初始刚度值相差不大;螺栓球节点的滞回曲线呈饱满的纺锤型,骨架曲线呈典型的“S”型,表明节点具有良好的延性、受力性能及耗能性能.     

螺栓球网架杆件在非节点横向荷载作用下承载力的有限元分析

运用ANSYS有限元程序 ,研究了在轴向力与非节点横向力共同作用下网架螺栓球节点杆件的受力性能 ,得出其应力分布状况及弹性极限承载力 ,并提出了螺栓球网架杆件在非节点横向力作用下承载力的计算公式。     

高强螺栓承载力折减系数在钢网架结构中应用的探讨

高强螺栓作为螺栓球节点网架中重要的受拉构件,对网架结构的承载能力有着至关重要的影响。尤其是对于在役工程,当高强螺栓拉力载荷不符合标准要求时,如何确定其对结构承载能力的影响就显得尤为重要。针对该种情况进行了设计复核和分析,通过承载力折减,降低高强螺栓的承载力,并将其折减后承载力与其实际受力进行比较,以确定结构是否安全。通过该问题的处理,为类似问题的解决提供一种探讨的思路。     

方钢管混凝土柱穿心高强螺栓-端板节点抗剪承载力研究

根据试验和理论研究成果,对方钢管混凝土柱穿心高强螺栓-端板节点核心区的受力机理进行了分析,建立了节点核心区的受力模型和屈服机制,推导了节点核心区的抗剪承载力计算公式。公式不仅考虑了螺栓和柱轴力对节点核心区实际受力状态的影响,而且考虑了钢管对混凝土的约束作用。用推导的公式计算了3个方钢管混凝土柱穿心高强螺栓-端板节点试验模型节点区的抗剪承载力,计算结果与试验结果吻合较好。     

中国人民大学世纪馆钢网架设计

中国人民大学世纪馆屋面结构采用四面悬挑的正放四角锥二层网架结构 ,跨中为三层。在满足建筑造型和实用功能的前提下 ,结构外露 ,充分体现了钢结构轻巧、大方的优点。结构设计时 ,分别对采用焊接球节点网架和螺栓球节点网架进行了详细的计算和比较 ,最终选用了焊接球节点网架的结构形式     

锈蚀后螺栓球节点抗拉力学性能试验研究与数值模拟

锈蚀是影响钢结构耐久性的重要原因,它减小了钢构件和节点的有效截面面积和有效厚度,引起构件和节点承载力的降低。针对唐山某锈蚀螺栓球网架结构工程项目,采用足尺破坏试验,研究螺栓球节点锈蚀后的力学性能,并与JGJ 7—2010《空间网格结构技术规程》相比较,评估锈蚀后螺栓球节点力学性能的退化规律以及是否满足JGJ 7—2010要求。最后,在假定螺栓与螺栓球为沿厚度方向均匀锈蚀的前提下,通过有限元参数化分析,进一步研究了大气条件下锈蚀程度随时间的关系,提出了节点承载力的计算方法。     

在悬挂吊车作用下螺栓球节点网架的疲劳性能

本文对１２根螺栓球节点网架杆件试件，１２个悬挂吊车吊点试件及两榀螺栓球节点桁架试件进行了静力及疲劳试验。通过对三种试件破坏形式分析得出了：在悬挂吊车荷载作用下，网架杆件、悬挂吊点与螺栓球连接高强螺栓的疲劳断裂是螺栓球节点网架的主要破坏形式，并提出了Ｓ－Ｎ疲劳曲线及表达式．为螺栓球节点网架的疲劳设计及有关规程的修订提供了依据。     

装配式钢框架梁柱弱轴端板连接螺栓受力性能研究

结构设计中梁柱节点的设计一直是核心部位,装配式钢结构梁柱端板连接作为一种半刚性连接形式应用极广,是一种理想的抗震连接形式。而节点中螺栓的性能将直接影响结构的整体性、承载力和抗震性能,采用了ANSYS10.0建立试件三维实体模型,并建立螺栓直径系列模型,在受力分析比较的基础上,提出螺栓直径的大小对结构刚度、延性、承载力、滞回性能的影响程度,为结构设计提供理论支持。     

加劲肋对焊接球节点力学性能影响的数值分析

网架(网壳)结构中,采用加劲肋来提高节点的极限承载力是一种有效的方法.在4组12个焊接球节点的轴心受力试验基础上,采用ABAQUS有限元分析软件,同时考虑几何非线性和材料非线性的影响,利用弧长法对球节点进行模拟分析,并与试验结果进行对比来验证模型的合理性.进而研究轴向荷载作用下,空心球节点在不同的加劲肋数量和方向下的力学性能,总结了加劲肋对球节点的拉压极限承载力和变形的影响,并对现行规范中关于焊接球节点的承载力计算公式提出了修改建议,具有一定的参考价值.     

辉煌网架：徐州辉煌钢结构工程有限公司

徐州辉煌钢结构工程有限公司是国家建设部核定的钢构、网架工程专业承包制造、施工二级资质企业。公司是从事螺栓球节点网架、焊接球节点网架、相贯节点结构与钢网架配件等产品的设计制造、安装、销售的企业。     

英德市红茶研发中心的结构设计与分析

为了解折面大跨度网架体系的整体受力性能,以及超出规范范围的焊接球节点的受力性能,本文通过介绍英德市红茶研发中心工程结构设计中的关键问题,主要包括屋盖选型,风荷载取值,支座形式等内容,分析了结构的整体稳定性,温度作用下应力,支座缺陷等影响,并采用了两种不同模型的结构计算软件MIDAS Gen和3D3S对计算结果进行了对比,另外采用ABAQUS对超出规范范围的球节点进行了分析,并与规范结构进行了对比,提出折面大跨度屋盖的体系稳定性好,对初始缺陷的影响并不明显,超出规范限值的焊接球节点仍能采用,研究结果表明：该屋盖结构体系选型安全,合理,对部分超规范限值球节点,规范公式计算出的受拉（受压）承载力限值在一定范围内仍适用。     

上海东方明珠国际会议中心屋顶网架设计

该文简要介绍了上海东方明珠国际会议中心3000人宴会厅屋顶网架结构的设计与计算.该网架为上弦周边支承正交正放四角锥网架,平面尺寸56.3m×80m,节点采用螺栓球和焊接球混合使用的形式,因使用功能要求其位置高、荷载大、跨度较大、边界条件复杂.     

高温下螺栓球节点受拉性能试验研究

为了研究空间网架结构螺栓球节点高温下的受力性能,通过18个螺栓球节点试件高温下的受拉试验,得到了不同温度下螺栓球节点试件受拉承载力。试验结果表明:高温下试件破坏截面均位于高强度螺栓螺纹处,温度低于400℃时,试件发生脆性断裂;温度不小于400℃后,试件破坏时的截面颈缩明显,发生延性破坏。随着温度升高,螺栓球节点试件的刚度、极限荷载逐渐降低;温度超过300℃后,节点试件刚度、极限荷载下降很快。根据试验数据拟合得到了螺栓球节点受拉极限荷载折减系数表达式。与已有的高温下高强度螺栓材料的受拉屈服强度和极限强度折减系数相比,螺栓球节点的相应折减系数更低。