单板焊接空心球节点受拉承载性能研究

单板焊接空心球节点常用做弦支穹顶上部结构连接拉杆或拉索的节点,单板主要承受拉力并传递至焊接空心球,为了满足工程设计的要求,需对其受拉承载性能进行研究.通过试验,研究了不同参数的单板焊接空心球节点轴拉状态下的受力性能和破坏机理,建立有限元模型并进行验证,该模型能较好地反映单板焊接空心球节点轴拉性能,通过有限元模型参数化分析揭示了节点尺寸、加劲肋、单板尺寸等参数对其力学性能的影响规律,并提出单板焊接空心球轴拉承载力计算公式.研究结果表明:单板焊接空心球在轴拉作用下为应力集中导致的剪切强度破坏,破坏发生在单板端部与空心球连接处,表现为焊接空心球被撕裂;有限元应力云图得出破坏时沿着单板平面内拉力方向的剪应力起主要作用;单板焊接空心球节点的受拉承载力随单板宽度及空心球壁厚的增大而明显增大,空心球直径的增大会使承载力略有降低,单板的厚度增加使节点承载力略有提高,单板的高度对节点承载力的影响较小,空心球内设置加劲肋能使承载力提高至少20%;基于参数化提出的单板焊接空心球节点的受拉承载力计算公式能简便地计算出单板焊接空心球节点的承载力,相对误差在±15%以内,满足工程设计误差要求.研究工作可为今后外接单板的焊接空心球节点分析设计提供参考.

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。

螺栓球节点对钢管杆件屈曲特征值的影响

利用ANSYS软件建立螺栓球节点与钢管杆组合构件的有限元模型,采用接触模拟法计算螺栓球钢管构件的屈曲特征值,分析螺栓球节点作为杆件两端约束时对杆件临界荷载产生的影响;参数化研究螺栓半径、套筒壁厚、封板厚度、螺栓头半径和套筒长度等因素对不同长细比杆件屈曲特征值的影响;基于杆件屈曲的欧拉公式,通过回归分析获得考虑螺栓球节点参数与杆件长细比影响杆件的屈曲特征值计算公式。结果表明:随螺栓半径和套筒壁厚增大杆件屈曲特征值显著增大,螺栓头半径对其的影响可忽略不计,封板厚度的增加和套筒长度的减小也能使杆件屈曲特征值有所增加;随杆件长细比的增大,以上各因素对杆件屈曲特征值的影响均逐渐减小,同时杆件长细比越大螺栓球节点对杆件的约束越强;利用回归分析获得组合构件屈曲特征值公式的计算值与有限元结果接近,随节点参数与杆件长细比的变化趋势一致,该公式能够较精准地计算杆件屈曲特征值。

既有网架受拉球节点托板加固技术试验研究

针对既有网架结构下弦受拉球节点加固问题,提出一种基于临杆焊接托板的加固方法。该方法综合考虑了受拉球节点与杆件的材质、空间结构以及尺度效应的影响,通过将球节点周围相邻杆件焊接托板进行加固,使得该方法便于施工,且能够普遍适用于各类受拉球节点的加固工程,并通过模型试验验证和仿真研究,焊接托板后的节点域承载能力大幅提升,加固效果良好,为既有网架受拉球节点加固提供了新思路。

既有网架受拉球节点托板加固技术试验研究

针对既有网架结构下弦受拉球节点加固问题,提出一种基于临杆焊接托板的加固方法。该方法综合考虑了受拉球节点与杆件的材质、空间结构以及尺度效应的影响,通过将球节点周围相邻杆件焊接托板进行加固,使得该方法便于施工,且能够普遍适用于各类受拉球节点的加固工程,并通过模型试验验证和仿真研究,焊接托板后的节点域承载能力大幅提升,加固效果良好,为既有网架受拉球节点加固提供了新思路。

冲压成型过程对焊接空心球节点力学性能影响研究

焊接空心球节点在制作和焊接过程中,会引起壁厚减薄率和焊接残余应力等初始缺陷,从而导致节点的力学性能的明显变化。采用有限元数值模拟方法,研究了焊接空心球节点制作和焊接过程中,壁厚减薄率和焊接残余应力的形成机理,研究了其对焊接空心球节点极限承载力的影响规律,发现壁厚减薄率和焊接残余应力对节点力学性能有较为显著的影响,建议在今后设计时适当考虑。

基于压电阻抗和卷积神经网络的螺栓球节点健康监测

节点连接区域是结构受力最集中、最重要的部位,一旦发生松动,将导致连接失效,进一步引发结构坍塌。针对空间结构螺栓球节点内部的连接螺栓存在隐蔽性且微小松动难以察觉的问题,提出了一种基于压电阻抗和卷积神经网络的螺栓球节点健康监测方法。制作了一个正放三角锥缩尺网架模型,将压电陶瓷传感器(PZT)粘贴在杆件近球节点一侧的外表面,对套筒施加大小不同的扭矩来模拟螺栓球节点不同程度的健康状态,在固定低电平电流激励下,测量压电陶瓷传感器电导信号(阻抗倒数)的变化以判断节点内部螺栓松动是否发生,进一步采用卷积神经网络方法,以归一化的电导信号矩阵为输入,以损伤程度对应的二进制标签为输出,构建卷积神经网络,利用训练好的卷积神经网络对节点松动程度进行识别。研究表明所提方法可以有效监测节点内部螺栓发生的初期小损伤,卷积神经网络具有强大的鲁棒性,更适合于工程实际,为监测螺栓球节点连接的空间结构安全运营提供了一种新思路。

基于三维数字图像相关法的焊接空心球节点的力学性能试验研究

为了克服传统接触式测量难以获取完整位移及应变场的分布与发展的弊端,探索了采用三维数字图像相关法(3D-DIC)跟踪焊接空心球节点位移和应变的分布与发展的可行性与可靠性。使用三维数字图像相关法观测一个焊接空心球受压损伤节点和一个焊接空心球受拉损伤节点的轴心抗压试验的压缩过程,获得两个试件在试验过程中的位移场与应变场,揭示了焊接空心球节点的受力特点和失效机理,并将观测的位移场和应变场与宏观试验现象进行了比较。试验表明:三维数字图像相关法可以测量加载过程中焊接空心球节点的位移场和应变场的变化规律,并且与宏观试验现象吻合较好。由此证明了三维数字图像相关法可应用于大型焊接球节点的力学性能试验研究的可靠性。

大跨度螺栓球节点钢网架安装施工技术

网架结构具有重量轻、刚度大、抗震性能好等优点,并且利于成批生产,容易保证构件加工质量。湖北省襄阳市襄阳港小河港区综合码头散货货棚采用正放四角锥网架,节点为螺栓球节点。文章通过网架安装工程,详细介绍了大跨度螺栓球节点钢网架“山墙起步与高空散装相结合”的施工方法,从施工难点及解决措施、施工方法的选择、网架施工、施工质量控制等方面介绍了大跨度螺栓球网架工程的安装施工技术,以期为今后类似工程的施工提供参考和借鉴。

冷缠防腐技术在洗煤厂螺栓球节点网架钢结构上的应用

不连沟洗煤厂螺栓球节点网架钢结构原有涂层防腐失效后急需一种满足现场施工使用要求的防腐材料来提供新的防腐蚀保护。冷缠防腐技术以其表面处理要求低、可在潮湿环境下施工,同时具备阻燃特性等特点,完美的契合了煤矿洗选系统的要求,在提供长效防腐保护的同时也为生产的连续性、安全性带来了保障。

铸钢空心球节点与焊接空心球节点的性能比较

铸钢空心球节点是一种新兴的节点形式,而焊接空心球节点是工程中已被广泛采用的节点形式。本文首先将铸钢空心球节点与焊接球节点在材质与节点构造两方面进行了比较分析,研究了两节点材质与构造的差异。然后利用有限元软件ANSYS对比分析了两类节点的应力分布特点及破坏机理,得到了铸钢空心球节点的受力特性。最后通过与焊接球节点设计方法的比较,探讨了铸钢空心球节点的设计与计算方法。本文的研究结果不仅对推广铸钢空心球节点在工程中的应用具有指导意义,而且可为我国即将编制的铸钢节点规范提供参考。

两种特殊球节点的研制

对预应力网架中的鼓型球节点和预应力球节点进行研究,提供了具体的设计实例和试验结果.通过对鼓型球节点进行破坏性测试和理论分析,得到了这种特殊球节点的设计、制作经验数值,归纳出计算公式.针对预应力球的特殊结构,在制作过程中采取了一系列措施,实现了设计意图.这两种特殊球节点在攀枝花市体育馆网壳中得到应用,并使此工程最终获得成功,取得了良好的社会和经济效益.

轴力和弯矩共同作用下焊接空心球节点承载力研究与实用计算方法

国家游泳中心“水立方”多面体空间刚架结构中 ,杆件除承受轴力外 ,还承受相当大的弯矩 ,但目前规范对焊接空心球节点在轴力和弯矩共同作用下的设计方法尚属空白。本文采用理想弹塑性应力 应变关系和Von Mises屈服准则、同时考虑几何非线性的影响 ,建立了焊接空心球节点的有限元分析模型 ,对承受轴力、弯矩及两者共同作用的空心球节点进行了大量的非线性有限元分析。通过典型节点的试验研究 ,直观了解节点的受力性能和破坏机理 ,并验证了有限元模型的正确性。文中还推导了基于冲切面剪应力破坏模型的节点承载力的简化理论解。最后 ,综合简化理论解、有限元分析和试验研究的结果 ,提出了轴力和弯矩共同作用下的节点承载力实用计算方法 ,可供实际工程设计采用 。

网架结构大直径螺栓球节点性能试验研究

近年来大直径高强度螺栓在网架结构螺栓球节点中的应用有增多的趋势。对由钢管、锥头、螺栓(M68～M90)、球体等组成的节点承载力进行试验研究,介绍了试验方法、评定准则、节点中各部件的受力性能、破坏特征等。研究表明钢管锥头是整个节点中的薄弱环节,容易沿径向开裂,强度明显低于钢管强度,壁厚不足、材料屈服强度偏低、锻造质量欠佳是锥头强度不足的原因;大多数螺栓承载力难以达到规定的检验要求;出现了球体孔内螺纹剪坏、螺栓被拔出的破坏现象。为了工程安全,网架结构大直径高强度螺栓球节点的设计和制造质量必须引起特别重视。

半刚性型螺栓球节点单层K8型网壳弹塑性稳定分析

螺栓球节点并不是理想的铰接节点,它具有一定的转动刚度,是介于铰接和刚接之间的一种半刚性节点。通过螺栓球节点的试验和在ANSYS中的数值模拟研究,分别得到螺栓球节点试验和数值模拟的弯矩-转角曲线,两种分析方法所得的弯矩-转角曲线吻合较好,表明所提出的数值模拟方法是模拟螺栓球节点受力性能的一种正确有效的方法。在此基础上,利用数值模拟所得的常用螺栓球节点的弯曲刚度,并考虑节点弯曲刚度、节点扭转刚度、跨度和矢跨比、节点域、荷载形式、杆件截面类型、支承条件、初始缺陷等参数对网壳极限承载力的影响,对K8型螺栓球节点的单层球面网壳进行了弹塑性全过程分析,较为全面地掌握了螺栓球节点单层球面网壳的稳定性能。

矩形钢管焊接空心球节点承载能力的简化理论解与实用计算方法研究

国家游泳中心“水立方”的新型多面体空间刚架结构采用配合矩形钢管、且承受轴力与弯矩共同作用的焊接空心球节点,目前规范对该类节点的设计方法尚属空白。在有限元分析和试验研究的基础上,进一步研究轴力、弯矩及两者共同作用下矩形钢管焊接空心球节点的承载能力及设计方法。首先推导基于冲切面剪应力破坏模型的节点承载力简化理论解,从而得到节点承载力计算公式的基本形式。在此基础上,利用有限元分析和试验结果,建立了轴力、单向弯矩以及两者共同作用下节点承载力的实用计算公式。对双向任意弯矩作用的情况,提出了基于线性插值的简化计算方法。成果可供实际工程设计采用,也可供相关规程修订时参考。

平面内三向轴压和弯矩共同作用下焊接空心球节点承载力

根据理想弹靼性应力-应变关系和Von—Mises屈服准则，考虑几何非线性影响，建立了焊接空心球节点的有限元分析模型，对在平面内三向轴力作用以及平面内三向轴力与弯矩共同作用下的焊接空心球节点的承载能力进行了非线性有限元分析．参数分析结果表明，在平面内三向轴力作用下，焊接空心球节点的承载力主要和钢管直径与球径的比值、球壁厚以及荷载比值有关；在平面内三向轴力与弯矩共同作用下，焊接空心球节点的承载力主要和钢管直径与球径的比值、偏心距、球壁厚以及荷载比值有关．根据有限元分析结果给出了焊接空-6球节点承载力的实用计算公式．当两侧钢管的直径不同时，计算采用较大钢管的直径；当钢管间的夹角为45°～75°时，计算公式仍可以近似采用．

螺栓球节点高强度螺栓拧入深度试验研究

螺栓球节点是空间网格结构的常用节点型式,节点的安全可靠关系着结构的安全性,足够的螺栓拧入深度是螺栓节点受拉安全承载的保证。对3种螺栓直径、3种螺栓拧入深度、18个螺栓球节点试件进行了受拉试验。试验表明:当螺栓拧入深度分别为螺栓直径的0.8倍、0.9倍时,螺栓螺纹与螺栓球内螺纹间咬合破坏,螺栓从球内拔出;当拧入深度为螺栓直径的1.0倍时,发生螺栓断裂破坏。不同螺栓直径同一拧入深度的螺栓球节点承载力与螺栓极限承载力的比值基本相同。为保证螺栓球受拉节点的安全,螺栓拧入深度不得低于螺栓直径。

超1m直径加劲焊接空心球节点的抗拉极限承载力研究

跨越输电钢管塔中采用了直径超过1m的加肋焊接空心球节点,其承载力计算不满足规范适用条件。论文在具有不同设计参数球节点的有限元建模基础上,进行了节点抗拉有限元分析计算。通过分析破坏模式,讨论了加劲肋在球节点抗拉承载力中的贡献,获得了能反映加劲肋尺寸参数贡献的球节点抗拉承载力计算经验公式。并将经验公式和规范、试验、有限元计算结果进行了比较,表明经验公式可以有效地捕捉这类节点的抗拉极限承载力。

钢管加劲焊接空心球节点的受压承载力分析

采用钢管加劲焊接空心球节点可以使拉索方便地穿过下弦节点,但加劲钢管的存在会影响节点不同方向的受压承载力,现行网架规程尚没有这类节点的受压承载力计算公式.为此,采用三节点及四节点壳单元并考虑钢材的多线性等向强化准则,对节点进行了大变形弹塑性有限元分析,跟踪了节点在轴向压力作用下的荷载位移曲线.通过4组节点的受压破坏试验,发现节点均为弹塑性压曲破坏;将试验值与数值解进行了比较,两者吻合得很好.在此基础上,提出了钢管加劲焊接空心球节点两个方向的受压承载力计算公式.