铝合金箱形-工字形盘式节点整体变形性能试验研究

铝合金网壳结构在大跨空间结构中具有广泛的应用前景.南京牛首山佛顶宫大穹顶工程中采用了铝合金网壳结构,其节点包含两种截面杆件,均使用不锈钢环槽铆钉与节点盘进行紧固连接,形成了特殊形式的箱形-工字形盘式节点.为研究铝合金箱形-工字形盘式节点在面外弯矩作用下的传力机理、变形性能、节点刚度、破坏模式和极限承载力,开展了箱形-工字形盘式节点整体试件的静力加载试验,使用有限元软件ABAQUS对试验加载全过程进行了数值模拟,并将试验结果与相同截面铝合金箱形-工字形盘式节点相连对肢节点的试验结果进行对比分析.试验结果表明:南京牛首山佛顶宫大穹顶工程中采用的铝合金箱形-工字形盘式节点为半刚性节点,节点刚度较大,整体延性相对较小;在较大面外弯矩作用下构件的上节点盘发生屈曲变形,试件加载破坏时下节点盘仍处于弹性阶段,杆件连接部位腹板出现明显屈曲变形,杆件与上节点盘连接处发生断裂破坏.足尺有限元模型的数值模拟结果与试验结果吻合较好,具有工程应用可靠性.与相同截面的铝合金箱形-工字形盘式节点相连对肢节点试验结果相比,铝合金箱形-工字形盘式节点6根连接杆件之间的相互作用提高了节点刚度,但在一定程度上降低了节点的延性和抗弯承载力,在设计和使用过程中需进一步加强和改进.

铝合金网壳结构箱型-工字型盘式节点单肢受力性能有限元分析

为了研究铝合金箱型-工字型盘式节点单肢构件在竖向和侧向力作用下的受力性能,该文以足尺试件的静力加载试验为基础,采用通用有限元分析软件ABAQUS对铝合金箱型-工字型盘式节点单肢构件进行非线性有限元分析,同时将该盘式节点与刚性节点受力性能进行对比。有限元分析结果表明:在竖向荷载作用达到极限时,试件DZ1的长肢箱型杆件与节点盘相连处的腹板以及下翼缘发生局部屈曲,试件DZ3的紧邻长肢工字型杆件的短肢箱型杆件腹板进入塑性;在侧向荷载作用达到极限时,试件DZ2、DZ4均表现为长肢杆件与节点盘连接处最外侧铆钉孔断裂破坏。有限元模拟结果与试验结果拟合较好,节点较刚性节点应力分布相似,该种混合型盘式节点具有较高的刚度,可作为半刚性节点应用于实际工程当中。

铝合金网壳箱形-工字形杆件盘式节点受力性能试验研究

为研究铝合金网壳箱形、工字形截面杆件盘式连接节点(又称TEMCOR节点、板式节点)的受力性能,对南京牛首山佛顶宫工程典型铝合金盘式节点足尺试件进行了静力加载试验,采用通用有限元程序ABAQUS对加载过程进行全过程数值模拟。在进行静力加载试验时,铝合金杆件端部采用铰接,在节点盘中心区域设置加载板进行竖向加载。研究结果表明:在节点盘中心竖向荷载作用下试件发生脆性破坏。对向两杆为箱形截面(试件JD1)时,箱形截面杆件下翼缘发生断裂,上下节点盘屈曲,且与断面相邻的螺栓被拉断;对向杆件为工字形截面(试件JD2)时,下节点盘发生块状撕裂,破坏时铝合金型材及螺栓均无屈曲和破坏。在极限荷载作用下,试件JD1杆件腹板及节点盘仍处于弹性工作状态,箱形截面中性轴位于截面中间;试件JD2铝合金型材处于弹性工作状态,工字形截面中性轴位于截面强轴以下1/6腹板高度处,下节点盘在α=60°及α=180°方向应力较大,接近屈服强度。试件JD1的极限荷载和初始刚度均约为试件JD2的1.5倍。根据对称性建立的节点试件数值模型分析所得的局部应力、荷载-位移曲线及弯矩-转角曲线与试验结果吻合较好,可以用于此类节点的数值模拟。