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

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

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

3、下的受力性能和破壞機理;通過弧長法迭代跟蹤球節(jié)點的位移——荷載曲線,從而得到不同型號空心球節(jié)點在不同荷載組合下的極限荷載力.本文通過簡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)力點的Mises等效應(yīng)力,由強度條件得出焊接空心球節(jié)點在彈性階段的最大承載力.并通過算例分析,驗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)點承載力的簡化理論解.為驗證了有限元模型的正確性,同時為節(jié)點極限承載力提供最直接的驗證,本文選取若干典型節(jié)點進行了試驗研究.在綜合以上簡化理論解、有限元分析和試驗研究的結(jié)果的基礎(chǔ),本文提出了軸力和彎矩共同作用下的節(jié)點承載力實用計算方法,可供實際工程設(shè)計采用,也可供相關(guān)規(guī)程修訂時參考.最后,針對工程中焊接空心球節(jié)點處于空間多向作