軸力與彎矩共同作用下焊接空心球節(jié)點(diǎn)承載力與實(shí)用計(jì)算方法研究.pdf

1、焊接空心球節(jié)點(diǎn)是我國(guó)采用最早也是目前應(yīng)用較廣的一種節(jié)點(diǎn),具有構(gòu)造簡(jiǎn)單,傳力明確,連接方便等優(yōu)點(diǎn).對(duì)于這種節(jié)點(diǎn)的極限承載力,國(guó)內(nèi)外做了大量的試驗(yàn)與理論研究,并提出了一些承載力的經(jīng)驗(yàn)和理論計(jì)算公式,但總的來說,對(duì)于空心焊接球節(jié)點(diǎn)的認(rèn)識(shí)還是不夠深入和全面的.特別隨著實(shí)際工程運(yùn)用的不斷發(fā)展,這種局限性也逐漸顯露出來,比如,在國(guó)家游泳中心"水立方"多面體空間剛架結(jié)構(gòu)中,焊接球節(jié)點(diǎn)除承受軸力、還承受相當(dāng)大的彎矩,而目前規(guī)范對(duì)焊接空心球節(jié)點(diǎn)在軸力和彎

2、矩共同作用下的承載力設(shè)計(jì)方法尚屬空白.因此,本文在總結(jié)前人工作的基礎(chǔ)上,分別對(duì)焊接空心球節(jié)點(diǎn)在軸力作用下、彎矩作用下以及軸力和彎矩共同作用下的承載力進(jìn)行了理論和試驗(yàn)的研究.本文采用理想彈塑性應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系和Von-Mises屈服準(zhǔn)則、同時(shí)考慮幾何非線性的影響,建立了焊接空心球節(jié)點(diǎn)的有限元分析模型,對(duì)承受軸力、彎矩及兩者共同作用的空心球節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了大量的非線性有限元分析.通過對(duì)這些節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力、變形分析研究,了解了空心球節(jié)點(diǎn)在不同荷載組合作用

3、下的受力性能和破壞機(jī)理;通過弧長(zhǎng)法迭代跟蹤球節(jié)點(diǎn)的位移——荷載曲線,從而得到不同型號(hào)空心球節(jié)點(diǎn)在不同荷載組合下的極限荷載力.本文通過簡(jiǎn)化焊接空心球的邊界條件,利用彈性薄殼有矩理論給出了軸力作用下空心球節(jié)點(diǎn)的內(nèi)力、變位和應(yīng)力的分布規(guī)律,從而求得最大應(yīng)力點(diǎn)的Mises等效應(yīng)力,由強(qiáng)度條件得出焊接空心球節(jié)點(diǎn)在彈性階段的最大承載力.并通過算例分析,驗(yàn)證了這些薄殼理論解與有限元結(jié)果的一致性.在總結(jié)前人工作及本文有限元研究成果的基礎(chǔ)上,依據(jù)焊接空心

4、球節(jié)點(diǎn)極限破壞為沖剪破壞、沖切環(huán)面上剪應(yīng)力起控制作用等特征,本文又提出了在軸力、彎矩及兩者共同作用下焊接空心球節(jié)點(diǎn)承載力的簡(jiǎn)化理論解.為驗(yàn)證了有限元模型的正確性,同時(shí)為節(jié)點(diǎn)極限承載力提供最直接的驗(yàn)證,本文選取若干典型節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了試驗(yàn)研究.在綜合以上簡(jiǎn)化理論解、有限元分析和試驗(yàn)研究的結(jié)果的基礎(chǔ),本文提出了軸力和彎矩共同作用下的節(jié)點(diǎn)承載力實(shí)用計(jì)算方法,可供實(shí)際工程設(shè)計(jì)采用,也可供相關(guān)規(guī)程修訂時(shí)參考.最后,針對(duì)工程中焊接空心球節(jié)點(diǎn)處于空間多向作