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。

嵌入式毂节点刚度及其单层球面网壳承载力研究

嵌入式毂节点是我国自行设计研制出来的一种新型装配式节点,具有施工方便、外形流畅、定位精度高等优点,属于典型的半刚性节点。但目前对此类节点的研究尚不够深入,现有规范尚未涉及此类半刚接单层球面网壳的相关理论计算公式和设计要求。基于此,采用ANSYS软件建立了嵌入式毂节点的精细化模型,基于幂函数模型拟合了节点的弯矩-转角公式,同时,探讨了不同跨度和矢跨比下节点刚度对单层球面网壳稳定承载能力的影响。研究表明:嵌入式毂节点在平面外弯曲时的弯矩-转角曲线以及在扭转作用时的扭矩-转角曲线均与幂函数模型吻合良好;网壳结构承载力对节点弯曲刚度的敏感程度要大于节点轴向刚度,且极限承载力对节点刚度的敏感程度会随着结构跨度或矢跨比的增大均呈现减弱的趋势。

螺栓球节点的静力及滞回性能研究

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.

嵌入式毂节点刚度及其双线性模型研究

嵌入式毂节点是我国自行研制开发的装配式节点,常应用于储煤仓、储罐顶盖等结构中,但其力学性能与失效机理尚未完全理清.采用ANSYS软件对嵌入式毂节点进行了精细化建模,选用Conta174和Targe170作为毂体和嵌入件面-面接触和线-面接触的接触对.通过对不同尺寸参数的节点进行弹塑性分析,得到了嵌入式毂节点的强弱轴弯曲刚度和扭转刚度,并深入分析了各尺寸参数对节点刚度的影响和不同刚度下节点的破坏机理.研究表明:节点强轴方向的弯矩-转角曲线与扭转时的扭矩-转角曲线具有明显的规律性,可以拟合为双线性模型.同时利用回归分析的方法,推导出节点弯矩-转角曲线双线性模型和扭矩-转角曲线双线性模型的屈服系数、刚度系数、初始刚度与极限承载力等公式.提出的节点刚度双线性模型与嵌入式毂节点的数值分析结果吻合良好,可为此类节点的分析和设计提供参考.