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焊接空心球节点的有限元分析

发布于:2016-02-10 21:18
有限元分析

      网架结构中,焊接空心球节点具有构造简单,连接方便,不产生节点偏心等优点,在我国得到了最为广泛的应用。目前,国内对直径为120mm~ 900mm的焊接空心球节点的研究比较成熟,根据大量的试验数据回归分析得到了与圆钢管直接相连时,空心球的受压和受拉承载力设计值,并制定了设计规范。相对而言,对与多个锥管直接相连的半球节点的研究,无论是试验上还是理论上,都还未达到与单个圆钢管直接相连的球节点的深度。1997年,东南大学的学者对4个直径为600mm的节点进行了有限元分析和试验,并对规程中的承载力计算方法提出了修改建议;1998年,天津大学的学者分别对6组大直径空心球进行了理论和试验研究,建立了基于冲切模型和能量法的承载力公式,并通过对试验数据的回归得出了承载力公式;2000年和2003年学者利用有限元工具分别对节点进行了进一步的数值模拟,通过回归分析得到了适用于大直径节点的承载力计算公式。
      虽然人们已进行了一些试验研究和理论分析,但可以利用的试验数据仍不充分,且设计时仍无标准可依,因此对于大型工程节点进行试验验证是非常必要的。本文以某大型体育馆工程为背景,对一受力复杂的大直径焊接空心半球节点进行了足尺模型试验研究和有限元分析,通过试验获得节点的主要关键点的应力和承载力,验证有限元分析结果,为拱形桁架的安全性评估提供依据,也对该类节点的设计提供参考。
      研究的节点是某体育馆焊接钢管拱形桁架的支座节点,该网壳结构的结构布置图如图 所示,所要分析节点为 ZHJ1 的支座节点。
      该节点由一个薄壁半球和四根锥管、四根直管组成,半球直径为800mm,壁厚40mm,①杆、②杆的直杆部分采用Φ299×12无缝钢管,③杆、④杆的直杆部分采用Φ299×16无缝钢管,它们的锥杆部分均为Φ177×16~Φ299×16锥管,长度均510mm,①杆、②杆轴线之间夹角为30.1,①杆与③杆、②杆与④杆轴线之间夹角为62.6,③杆、④杆轴线之间夹角为25.1。该节点的钢材均为 Q345级。作用在四根管上的压力设计值分别为669.4kN、849.4kN、985.1kN、1304.8kN。
      采用有限元AppANSYS对空间球节点受力性能进行分析。节点建模采用 ANSYS 提供的4点弹塑性壳单元shell143,每个节点有6个自由度,包括3个线位移自由度和3个转动自由度,该单元具有塑性、蠕变、应力强化、大挠度和小应变等功能,能较好的模拟薄到中厚的壳结构。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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