网架焊接空心球节点的受力分析(NBU)
建筑网架螺栓球节点连接措施分析
建筑网架螺栓球节点连接措施分析摘要：随着建筑领域的不断创新发展，各种新型建材、新型建筑形式及新型建筑施工工艺技术方法陆续问世并得到实际应用，各种各样的造型别致、风格独特的建筑工程也越来越多，在体育场馆、展厅剧院、以及一些大型雨篷等建筑工程建设中，对网架结构的应用越来越广泛，鉴于螺栓球节点连接在建筑网架结构施工中占据核心地位，该施工环节的施工质量也是建筑网架结构整体质量的决定性因素，所以，本文以建筑网架螺栓球节点连接措施为主要论点展开分析探讨。
关键词：建筑；网架螺栓球节点；连接措施分析引言建筑网架结构是一种按照相应的网格形式，通过连接节点将众多杆件连成一体的建筑空间结构，具备造型美观、轻质、刚度大及安全性能优越等优势，在现代化艺术与体育场馆、影剧院等建筑工程项目建设中的应用尤为广泛，对于建筑网架结构施工来说，螺栓球节点连接是项目施工的核心重点，所以，要想确保建筑网架结构施工质量的可靠性，施工企业不仅需要深入开展螺栓球节点连接措施研究，还要从设计图纸、施工人员专业能力等多个方面入手加强管理与控制。
1网架螺栓球节点连接技术建筑网架螺栓球节点连接装置是该项目的优势特色，螺栓球侧方存在螺纹孔，通过螺纹中包含螺栓，螺栓上包含转柄，转柄部分包含挤压板以及贯穿挤压板的挤压杆。
螺栓的另一侧安装有储油瓶以及另一个挤压板被称为第二挤压板，通过将第一个挤压杆的一端插入储油瓶，设备运转过程中，第一挤压杆联动挤压第二挤压板，使得储油瓶中的油液受到挤压进入螺纹孔内部，实现了定期的润滑螺纹孔的作用，避免长期使用后螺栓孔的锈蚀问题导致的螺栓无法拧出的问题。
1.1螺栓球装置效益分析第二挤压板受到第一挤压板的作用，能够有效地将储油瓶中的润滑油积压至螺纹孔内，实现了对螺纹孔内部的定期润滑作用，避免螺栓孔生锈影响设备正常工作。
该装置内部包含拉动弹簧，该弹簧和第三固定环进行连接，使得螺栓的连接紧密性得到了增强。
1.2装置原理在对螺栓节点进行保养的过程中，通过对挤压板进行挤压，该挤压板会带动挤压杆与第二挤压板进行联动，同时完成润滑油的挤压作用，使得储油瓶中的润滑油通过油管挤入螺纹孔，在螺栓与螺纹孔进行紧固的过程中，拉动套勾带动弹簧运动，使其勾住第三固定环来完成螺栓连接紧密性的提升作用。
大型焊接空心球节点的多轴加载有限元分析与足尺试验
(a) P1.6 设节点应力云图 (b) P1.6 分下节点应力云图 图 4 荷载 P1.6 设、P1.6分下节点应力云图
Abstract: In accordance with the need of designing large welded hollow spherical joints (WHSJ) of an arch steel roof in a gymnasium, a finite element nonlinear analysis and a full-scale experiment on the joint are carried out. The WHSJ connects two cables and twelve bars, three of which are overlapped. Through the finite element analysis, the distribution of surface stress of the joint was obtained; the bars were found yielding at their bottoms in the overlapped area under 1.4 times of the designed loads. Full-scale experimental research also indicated that the stress at the bottom of the ninth bar reached the yielding strength under 1.4 times of the designed loads. The result of the experiment is basically consistent with the analysis results. The study can provide references for the design of engineering joints. Key words: steel structure; welded hollow spherical joint; full-scale experiment; finite element analysis;
空间网架焊接空心球节点承载力研究
第３期
秦力一等空间网架焊接空心球节点承载力研究
２７
图５球节点变形分布图（拉） Ｆｉｇ．５ Ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ
ｓｐｈｅｒｅ ｊｏｉｎｔ ｉｎ ｔｅｎｓｉｏｎ
（２）计算数值表明，该区域的点同时存在经 向与纬向应力——处于三向复杂应力状态．受拉 球节点壳面经向全为拉应变，受压则壳面经向全 为压应变，这与试验现象相吻合．当施加荷载达 到预设极限荷载（试验值）的４０％左右，焊趾处已 出现屈服线，此时远离焊趾处球面应力仍不大．
本文试用了三种类型回归模式对部分试验数 据拟合以期得出逼近度较好的算式：
（１）Ｎｃ＝口·ｔ·ｄ＋ｃ，
１
（２），ｖ。＝口‘ｔ‘ｄ＋ｂ ｉＩｔ＋ｃ，
（３）Ⅳｃ：等·口＋ｂ
经回归分析的结果比较表明：几种模式模拟 承载力与各因素间关系的逼近程度都相当好，其 中模式（１）形式较为简洁．将Ⅳ，和斑分别设为随 机变量和变量，经一元线性回归分析后可得
效宽度，取２ｗ＝１０旦／３ｔ； 上， 考虑到实际焊缝情况较复杂，且焊缝强度要
低于球壳材料，经数据统计分析后２ｗ取以上值．
３ 焊接空心球节点受压承载力分析
焊接空心球节点受压承载力计算公式也较为 繁多．但作为经验公式，统计基础尚不充分，不少 公式与试验数据的拟合程度偏差过大．一些有限 元计算分析结果与球壳试验结果【４儿５ Ｊ都表明：受 压球壳与受拉球壳的破坏机理有所区别．受拉情 况下，球壳破坏机理主要表现为冲切强度失效；而 受压工况下破坏，冲压过程伴有失稳，为弹塑性压 屈破坏．在轴向受压荷载下，球面管周焊趾附近 区域较大的经向及环向压应力引起该区域较大的 塑性变形，壳面压屈下陷而有局部失稳现象发生． ＡＮＳＹＳ计算图形分析的最后破坏形态也呈现明 显的弹塑性压曲破坏现象．
咬边缺陷对网架焊接空心球节点钢管焊趾处应 力集中的影响分析
焊接空心球节点，有限元分析，咬边，应力集中系数SCF
Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). /licenses/by/4.0/
Table 1. Non-defective steel pipe weld toe stress concentration analysis table 表 1. 无缺陷钢管焊趾应力集中分析表
序号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
空心球规格
D/mm
赵晨波 等
摘要
针对钢结构设计施工中存在的焊接空心球节点焊接缺陷问题，本文拟采用有限元分析软件ABAQUS，模 拟分析研究无缺陷时空心球直径壁厚和钢管直径壁厚对焊接空心球节点钢管焊趾处应力集中的影响，以 及钢管焊趾存在咬边时对焊接空心球节点应力集中的影响。结果表明，随着钢管咬边深度及锐度的增大， 钢管焊趾处应力集中系数显著增大，导致钢管焊趾处的疲劳破坏，所以钢管焊趾处咬边应引起足够重视。 拟合出关于钢管焊趾处咬边的应力集中系数的通用公式。
众多学者对焊接空心球节点进行了一系列理论和试验研究。1990 年，文献[4]对 50 余种不同构造细 节的焊接空心球节点进行有限元分析。结果表明了焊接空心球节点的应力分布规律，应力最大值位于焊 接空心球和无缝钢管的连接处，此处最大应力为径向应力；焊缝处应力集中的程度随节点相应构造尺寸 呈规律变化，绘制出了相应变化规律曲线。文献[5] [6]研究了采用坡口焊的焊接空心球节点在弹性阶段下， 单向受拉时球面应力的分布规律，并基于薄壳理论求出了应力集中系数的数值解。文献[7] [8] [9] [10]定 量分析了焊接空心球直径壁厚、无缝钢管直径壁厚以及焊脚尺寸对应力集中的影响并拟合公式，除考虑 单个因素对应力集中的影响外，还分析了构造尺寸对应力集中的综合影响，求解出焊接空心球节点的应 力集中公式。文献[11]提出了当管–球采用角焊缝的连接形式时的应力集中计算公式。
焊接空心球平板网架整体模型的建立及分析
２０ １１ 年 ６ 月 文 章 编号 ：０ ９６ ２ （ ０ ） ８０ ２ — ２ １０ —８ ５ ２ １ １ —０ ７ ０ １
山 西 建 筑
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲＣ Ｔ Ｃ ＵＲＥ ＨＩ． ８
性的关 系， 以进 行求导 ， 难 传统优 化方 法受到 限制 。差异进 化算 依靠杂交操作 ， Ｄ 而 Ｅ算法依靠变异操作 。
法 （ ｉｅｅｃ ｖｌａ ｏ ， Ｅ 是 Ｒ ｉｅ Ｓｏ Ｄ ｆ ｎｅ ｏ ｔ ｎ Ｄ ） ｆｒ Ｅ ｕｉ ａｎｒ ｔｎ和 Ｋ ｎ Ｐｉｅ ９５年 ｒ ｅ． ｒ ９ ｃ１
关键词 ： 地基 ， 限承载力 ， 限元 ， 极 有 差异进化 ， 参数识别
中图 分 类号 ：Ｕ ７ ． Ｔ ｇ０ ３ 文 献 标 识 码 ： Ａ
１ 概述
象的有 限元方法 ， 建立 了地基加载的仿真优化系统 。在介绍 系统
通过一个 地基加 载与识别 的例子 ， 绍 了该 系统 介 地基承载力是岩土力学领域最为普遍 的工程 问题 ， 承载能 构建的基础上 ， 其
图 ３ 中跨施加 １ｔ 荷载杆件内力图
通 过 分 析 数 据 可 知 ： ） 边 跨 悬 挂 吊车 时 ， 弦 杆 为 压 杆 不 １在 上
变号 ， 随吊车吨位增加 ， 力 比在增加 ， 应 应力 幅也 在增 加 ； 弦杆 下
应 力 比范 围为 ０ ６ ．７～１ 应 力 幅 范 围 为 ０ＭＰ ， ａ～】 ． Ｐ ； 杆 杆 ８ ８Ｍ ａ 腹 应 力 比范 围为 一 ． ４～１ 应 力 幅 范 围 为 ０ Ｍ ａ一 ０ ２ ａ ） ０６ ， Ｐ ３ ．６ＭＰ 。２
网格 数及 跨 高 比均 满足 规 范 ， 用 Ｑ ３ 采 ２ ５钢材 弦 腹 仟 为 ６ ５ ６０ １ｏ× ． 。
论某体育馆屋面焊接空心球网架安全性鉴定
研究探讨 Research310 论某体育馆屋面焊接空心球网架安全性鉴定魏晓红（山西五建集团有限公司）中图分类号：G322 文献标识码：B 文章编号1007-6344（2019）05-0310-01摘要：本文以某体育馆屋面焊接空心球网架结构的安全性鉴定为例，论证安全性鉴定检测的内容和方法，从而进行安全性分析及验算后，对本建筑物的安全性进行鉴定和评级。
关键词：焊接空心球网架；安全性鉴定0 引言本文通过对某体育馆屋面焊接空心球网架结构调查分析、现场检测、安全性分析及验算，提出了对此网架工程的安全性鉴定及建议。
1 工程简况某体育馆屋面焊接空心球网架工程，结构形式为：斜放四角锥，结构安全等级为二级，横向跨度 42米，纵向跨度为66米，网架厚度3.5m, 建筑面积约2770㎡。
1988年由某某设计研究院设计，1990年对该网架进行了加固维修设计，同年建成并投入使用。
为确定该网架工程是否满足安全使用要求，特对其进行了安全性鉴定检测。
2 对此网架结构的调查分析根据委托方提供的图纸经现场初步调查，该网架工程由某某设计研究院于1988年设计，由于其它原因，原设计单位于1990年对该工程出具了加固变更设计。
加固变更内容如下：对网架上弦采用加杆（或换杆）的方法进行了加固，在网架上弦短跨方向共增加杆件317根、加固68根，腹杆加固4根。
对屋面构造部分变更为：二毡三油上铺小石子防水层（或三元乙炳防水层），10mm 厚1：3水泥砂浆找平层，30mm 厚1：10水泥蛭石找坡层，25mm 钢丝网水泥板。
该网架工程于2007年对其防腐涂层进行了处理，后由于屋面漏水于2013年采用SBS 防水卷材对其进行了处理，除此之外未做任何处理。
网架所处环境为室内全封闭一般环境，由于屋面漏水，造成部分支座及杆件防腐涂层均产生了不同程度开裂、起皮。
该网架工程纵向跨度为66米，由22个3米的网格构成，横向跨度42米，由14个3米的网格构成，网架厚度为3.5米。
焊接空心球节点承载力分析
焊接空心球节点承载力分析一．引言空间网格结构是由杆件通过节点相连接而成的结构系统，节点是结构系统中重要的受力构件，离散的杆件通过节点集成为一个结构系统，所以在空间网格结构系统中,节点的构造设计和强度都是十分重要的。
在空间网格结构中用于构件间连接的典型节点有两种类型：相贯节点和节点体。
相贯节点是指杆件与杆件直接相交，而不是通过节点；节点体是指各杆件通过一个节点相交，该节点是独立的构件，如图1所示[1]。
图1 各种典型节点现在应用于大跨空间结构中，适合中国国情且在工程上应用广泛的主要有两种节点体形式：螺栓球节点和焊接空心球节点。
前者是70年代从德国MEMO引进的，最早由内蒙古铁路局设计室研制成功并应用于内蒙古呼和浩特铁路局俱乐部[2]，属于“洋为中用”类型；而后者焊接空心球节点是1964-1966年间由刘锡良教授成功研制开发，第一个应用工程为天津科学馆[2]，属于“土生土长”类型。
本文介绍的是节点体中的焊接空心球节点，简要介绍了研究进展和有限元分析方法分析焊接空心球节点承载力的过程及得到的相应承载力公式，最后指出了当前研究中的不足。
二．优缺点及国内外应用情况焊接空心球节点是由两个半球焊接而成的空心球，可根据受力大小分别采用不加肋和加肋两种，如下图2所示[4]。
在我国，焊接空心球节点可适用于单层或多层空间网格结构的节点体系，该体系是将钢管与预制好的空心球直接焊接而成，适用于连接钢管杆件。
焊接空心球节点的优点是构造简单，受力明确，连接方便，且其刚度较螺栓球节点要大得多，所以它也比螺栓球节点具有更广泛的适用范围，但是焊接空心球节点的现场焊接工作量较大，同时，球的直径比管径要大得多，这成为建筑上的一个缺点[1]。
出于特殊情况及质量控制上的考虑，国外一般不采用现场焊接的形式，故焊接空心球节点在国外的工程实例已经不多见，目前，该类节点主要在我国广泛使用，这里面还包括著名的国家游泳中心“水立方”。
图2-1 不加肋的空心球图2-2 加肋的空心球三．一些研究及成果国内对焊接空心球节点有着广泛的研究分析，但尚未达成统一的承载力计算公式。
网架球节点有限元应力分析
网架球节点有限元应力分析摘要：网架、网壳及空间桁架等大跨度空间钢结构在工程实际中有广泛的应用，由于大跨度空间结构杆系数量庞大，且一些重要的连接节点受力复杂，故手动计算这些空间结构困难较大，且结果难以保证，故一般采用软件有限元的方式进行结构分析。
本文以天水体育场实际工程为背景，分析了不同焊接球节点支座的受力情况，得到了支座的应力分布规律，提出了优化建议，为后续工程设计提供参考。
关键词：大跨度空间结构；有限元分析；焊接球节点1.概述1.1钢结构在大跨度空间结构的优势钢结构具有材料强度高，塑性、韧性好，材质均匀、工作可靠性高，且钢结构制作简便、施工周期短、良好的装配性又是绿色建筑，具备可持续发展的特性，故在在大跨度空间结构中有广泛的应用。
例如上海师范学院球类房(我国第一座平板网架)，天津科学宫(焊接空心球节点斜放四角锥网架)，首都机场机库(三层斜放四角锥平板网架结构)，北京工人体育馆(柔性空间悬索结构)，深圳华侨城欢乐谷中心表演场(张拉膜结构)等[1]。
空间网格结构由于杆件数量庞大，节点形式多样，结构形式复杂，采用手算几乎无法实现，应根据结构的类型、平面形状、荷载形式及不同设计阶段等条件，可采用有限元法或基于连续化假定的方法进行计算，这为采用计算机程序化计算提供了便捷，按有限元法进行空间网格结构静力计算可采用下列基本方程[2]：KU=F式中：K—空间网格结构总弹性刚度矩阵；U—空间网格结构节点位移向量；F—空间网格结构节点荷载向量。
1.2大型通用有限元软件ANSYSANSYS协同仿真环境技术以优化设计流程为目标，以客户化应用为手段，通过捕捉专家经验、规范设计流程、高可靠性的CAD/CAE互操作技术、高效率的优化技术、web技术等大幅缩短研发过程。
构成协同仿真环境的CAE产品包括：结构分析体系、电磁场分析体系、流体力学分析体系、行业化定制模块、仿真模型建造系统、设计人员快捷分析工具箱、多目标快速优化工具、客户开发平台等。
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网架焊接空心球节点的受力分析
1、问题描述：空心钢圆球节点连接6个钢管，各钢管中心线过球心，各钢管中心线位于同一平面内且夹角为60度。
空心圆球尺寸为内径470mm，外半径500mm，钢管内半径120mm，外半径150mm，钢管管口距离球心1200mm。
载荷情况：各钢管管口承受轴向压应力100N/2
m。
2、此问题拟采用ANSYS建模和受力分析。
3、钢结构球节点结构静力分析命令流编写如下：
Finish
/Clear
/FILNAME,Joint
/TITLE,Steel Joint
/Prep7
!定义单元类型
ET,1,SOLID95
！定义材料
MP,EX,1,2E11
MP,PRXY,1,0.3
MP,DENS,1,7800
！创建杆1
wprot,0,90, ！旋转工作平面
CYLIND,0.15,0.12,0,1.2,270,360,
！创建杆2
wprot,0,0,60,
CYLIND,0.15,0.12,0,1.2,180,360,
WPSTYL,DEFA, !将工作平面恢复到默认状态
！创建球节点
SPHERE,0.5,0.47,270,360,
VSBW,3 !体切分
vdele,5,,,1 !删除体
！进行OVERLAP 布尔操作
VOVLAP,all
vdele,5,,,1
vdele,7,,,1
vdele,13,,,1
vdele,14,,,1
vdele,10,,,1
save !保存模型
！映射网格划分
!V8
LESIZE,5,,,15
LESIZE,7,,,15
LESIZE,49,,,15
LESIZE,65,,,15
LESIZE,64,,,20
LESIZE,66,,,20
LESIZE,63,,,20
LESIZE,68,,,20
LESIZE,69,,,2
LESIZE,67,,,2
LESIZE,6,,,2
LESIZE,8,,,2
!V11
LESIZE,80,,,2
LESIZE,79,,,2
LESIZE,53,,,3
LESIZE,86,,,3
LESIZE,54,,,3
LESIZE,87,,,3
LESIZE,52,,,15
LESIZE,81,,,15
!V9
LESIZE,17,,,15
LESIZE,19,,,15
LESIZE,28,,,15
LESIZE,72,,,15
LESIZE,71,,,20
LESIZE,73,,,20
LESIZE,70,,,20
LESIZE,75,,,20
LESIZE,74,,,2
LESIZE,76,,,2
LESIZE,20,,,2
LESIZE,18,,,2
!V12
LESIZE,89,,,2
LESIZE,88,,,2
LESIZE,34,,,3
LESIZE,91,,,3
LESIZE,39,,,3
LESIZE,92,,,3
LESIZE,32,,,15
LESIZE,90,,,15
MSHAPE,0,3D !选择3D六面体网格MSHKEY,1 !选择映射网格vmesh,8
vmesh,9
vmesh,11
vmesh,12
!自由网格划分
MSHAPE,1,3D
MSHKEY,0
ESIZE,0.01,0,
VMESH,15
VMESH,3
VMESH,6
TCHG,95,92,0 !转换退化单元为真实四面体单元save
DA,41,SYMM !施加对称面约束
DA,39,SYMM
DA,46,SYMM
DA,44,SYMM
DA,70,SYMM
DA,59,SYMM
DA,16,SYMM
DA,58,SYMM
DA,71,SYMM
DA,55,SYMM
DA,30,SYMM
DA,29,SYMM
DA,54,SYMM
DA,69,SYMM
DA,69,SYMM
DA,20,SYMM
SFA,2,1,PRES,2E8
SFA,8,1,PRES,2E8
SA VE
/SOL
ALLS
!指定静力分析
ANTYPE,0
!求解
SOLVE
FINISH !退出求解
4、可视化后处理及分析结果显示。
结构变形形状
结构等效节点应力云图
切片等效应力云图
沿路经的等效应力分布
几何模型上沿路经的等效应力分布。