太直径平行双肋焊接空心球节点极限承载力研究

摘要

焊接空心球节点因其外形美观、传力准确等特点被大量用于空间结构中。近年来，跨度空间结构跨度增大，结构形式复杂多样，对焊接空心球节点的承载力有了更高的要求。提升空心球节点承载力的常用方法是为节点加焊加劲肋。大量研究表明，加劲肋的加强效果受肋板的形式和构造影响较大，当一般形式加劲肋不满足承载力需求时，工程常用平行双肋大幅提高节点的承载力。虽然平行双肋焊接空心球节点的应用较多，但缺乏系统性的研究。 本论文利用ABAQUS分析软件，分别研究了节点在轴向力作用下和双向受力状态下，节点各构造尺寸对其极限承载力的影响作用，并提出适用于平行双肋焊接空心球节点的承载力计算公式。 (1)对于轴向力作用节点，通过94组数值模拟，分析其破坏机理，分别研究球径与管径之比、球厚度、钢管厚度等参数对空心球节点极限承载力的影响作用。结果表明，节点受压破坏为弹塑性压曲破坏，受拉破坏为强度破坏。结合图表分析，概括了各参数的三种影响方式。 (2)利用115组模拟结果，确定平行双肋的承载力提高系数和公式待定系数，提出适合于平行双肋焊接空心球节点使用的承载力设计值公式，并检验了公式的合理性。 (3)双向受力作用下，通过96组双向受力数值模拟，分析节点的破坏机理，并研究主钢管与支钢管的夹角和管径比对平行双肋焊接空心球节点承载力的影响。结果表明，除两管夹角在60°～65°范围，节点极限承载力略有下降外，极限承载力均随着两管夹角的增大而增大。主支管管径比值越大，极限承载力越小。 本论文的研究成果丰富了平行双肋焊接空心球节点的研究，为此类节点提出更合理的参数取值建议，可优化双肋的增强作用，从而节省材料、减轻结构自重、降低工程造价。

目录

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1.1 概述

1.2 常用节点类型及特性

1.2.1 焊接空心球节点

1.2.2 螺栓球节点

1.2.3 焊接钢板节点

1.3 焊接空心球节点研究现状

1.3.1 试验研究现状

1.3.2 有限元研究现状

1.4 论文主要研究内容

2.1 概述

2.2 板壳单元

2.3 结构的非线性问题

2.3.1 物理非线性问题

2.3.2 几何非线性问题

2.3.3 边界非线性问题

2.4 非线性方程组求解

2.4.1 荷载增量法

2.4.2 Newton-Raphson法

2.5 本章小结

3.1 管球连接节点有限元模型

3.1.1 几何模型

3.1.2 材料选取

3.1.3 加载方式与边界条件

3.1.4 网格划分与非线性方程组求解方法

3.1.5 极限承载力判断准则

3.1.6 焊缝对球节点极限承载力的影响

3.1.7 有限元模型验证

3.2 平行双肋焊接空心球节点影响因素分析

3.2.1 平行双肋焊接空心球节点破坏机理

3.2.2 球径与管径之比对极限承载力的影响

3.2.3 球壁厚度对极限承载力的影响

3.2.4 钢管厚度对极限承载力的影响

3.2.5 肋宽度对极限承载力的影响

3.2.6 肋厚度对极限承载力的影响

3.2.7 双肋间距对极限承载力的影响

3.3 平行双肋焊接空心球节点承载力公式推导

3.3.1 平行双肋的承载力提高系数

3.3.2 平行双肋焊接空心球节点承载力公式

3.3.3 承载力公式检验

3.4 本章小结

4.1 概述

4.2 主、支管夹角与管径比的影响

4.2.1 模型选取

4.2.2 计算结果分析

4.3 本章小结

5.1 主要结论

5.2 展望

致 谢

参考文献