双肋焊接空心球受压极限承载力有限元分析

Ｎｔ ０ ５ ≤ ．５
／
，
形； 网格划分控制 单元边长 ， 钢球 与钢管交接附近缩小 控制尺寸 ，
获得较高的精确度； 采用多线性等向强化准则， 规定材料进入塑
性 变形 以后 ， 加载 曲面在各方 向均 匀地 向外 扩张 ， 而其形状 、 中心 及其 在 应 力 空 间 的 方 位 保 持 不 变 ； 合 线 性 搜 索 技 术 （ ｊ 结 Ｌｅ ｎ Ｓａ ｈ 、 ｅｒ ）应力预测（ ｒ ｉｏ） ｃ Ｐｅ ｃ ｒ等加速收敛技术。材料采用国内常 ｄｔ 见的钢材 ０ ４ 。文 中采 用 的应 力 应 变 曲线 如 图 ２所 示。对 于 ３５
式为强度破坏 ， 以承载力 与钢材抗拉强度 厂 关 ； 所 有 而受压时 ， 节 点的破坏形 式为稳定破 坏 。 载力 仅与 钢管 外径 ｄ、 体外径 Ｄ 承 球 及球体壁 厚 ￡ 等几何尺寸有关 ， 而与钢材抗拉设 计强度 厂 无关。 Ｊ Ｊ６ —０ ３网壳结构技术规 程 中提 出 了焊 接空心 球节点 的 Ｇ １ ０ ２ 计算公式 ：
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第 ３ 卷 第 ６期 ２ ２００６年 ３月
山 西 建 筑
ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ ＴＥＣ 瓜 Ｅ
Ｖ０ ＿２ Ｎｏ ６ ｌ３ ． Ｍａ ． ２ ０ ６ Ｏ —０ ６０ １０ —８ ５ ２０ ） ６０ ６ —２
， Ｊ 、
≤ 【． ＋ ．苦 ） ’ ０ ２ ０ ３ ６ 。
其 中， ， 为球体的抗拉 压承载力 。上述 公式 的适 用范 围为
Ｄ ０ ｌ， ≤９０ｉｎ认为球体在满足一定 的构造条件下（ ｔ ５ ， ｎ Ｄ／≤３ ）拉 １ ２ 破 坏 准 则 ． 压破坏 均属于强度破坏 。 以两 者采用 了同样 的计算 公式 ， 与 所 均 焊接空心球 体受压 时 ， 于构造不 同， 由 发生 稳定 破坏或强 度
焊接空心球节点 的破坏特征与文献 ［ ］ ２ 中的描述相 同。节点的极
１ １ 有限元模型 ．
” ，
２， 、 ／ ２
≤ ４ ｔ一３ Ｉ ０ １ ３ ０ｄ ．
） 。
３ ５钢 ４ ａ １ ａ Ｉ ．６ ￡ ＝２ ５％ ， 其 中， 和 Ｎ 分别为受拉和受 压承 载力 。上 述公式仅 适用 Ｑ ４ ， ＝３ ５ＭＰ ， ＝５ ０ＭＰ ， ＝０ １７％，２ ． ￡ ２ ０％。 如图 ２所示。 于直径小于 ５０ｉｎ ０ ｌ 的焊接空心球 ， 认为受 拉时 节点的破 坏形 ｉ ｉ 并
双肋焊 接空心球 受压 极限承载 力有 限元分析
杨 国兵
摘
汤 剑
要： 依据弹 塑性模 型和 Ｖ ｎＭｉｓ ｏ— ｓ 屈服准则对不 同形 式加 劲肋 的 空心 焊接球 ， 行 了非线性 有 限元分析 ， 究 了节 ｅ 进 研
点 参数变化对其受压极 限承载力 的影响， 通过大量 的计 算分析提 出了一些有益 的结论。 关键词 ： 空心焊接球 ， 有限元法 ， 载力 承
中图分类号 ： Ｕ３ ２ １ Ｔ １ ． 文献标识码 ： Ａ 工程 中常用的薄壁球壳节点 ， 杆件 汇交方 向任意 、 多样 ， 个 一
引言
受 网架 与网壳结构 是 多年来 在建 筑工 程 中广泛 应用 的一种 空 节点 上常有空间多方位 的杆件 汇交 ， 力机理 复杂 。大量 的试验 研究表 明ｌ ， 薄壁球壳 节点 在 单 向受 力 和双 向受力 时 。 破 ５ 这种 Ｊ 其 问结构形式 ， 是按一定 的 规律 布置 ， 通过 节点 连接 而成 的一种 空 为 且 问杆 系结 构。截至 目前 ， 网架与网壳结构 应用最广泛 的节点 为螺 坏荷载接近 ， 了试 验 以及理 论计 算上 的方便 ， 在保 证工程 精 现行球壳 承载力的设计计算公 式均 以单 向受 力为依 栓球节 点与焊接空心球 节 点。焊接 空心 球节 点 由西德曼 涅斯 曼 度 的条件 下 ， 公 司研 制成功 ， 在我 国是 由天津大学 刘锡 良教授首先成 功 的应 用 据 …。文 中的节点均为单 向受压 。 有限元模型单元采用四节点、 弹塑性壳单元 ， 考虑材料非线 于工程 ， 填补 了国 内空 白。随后 国内许多 的学 者都对焊 接空心球 节点进行 了研 究。 ｊ ］７９ Ｇ １网架结构设 计 与施 工规 程 中提 出 了焊接 空心球 节 点的计算公式 ， ： 即
对焊接空心球极 限承载力 的影 响。节点 如图 １ 所示 。
Ｐ —≤Ｐ ） ｉｉ ｉ 只 ＋≤Ｐ Ｊ Ｉ ’
ｌ
此时对应的荷载值为焊接空 心球节点 的受压极 限承载力 。
１３ 有 限元 分析 结 果 ．
为 了验证所用有限元模 型的正确性 ， 在表 １中列 出了现有 的
大直径焊接空心球试验结果与有限元计算结果， 文中的有限元计
算结果与试验值吻合较好 ， 上误 差在 ５％内。 基本 通过对七组焊接 空心球 节 点加 单肋 与加 双肋受 压极 限承 载
１ 有 限元分 析
力对 比发现 ， 受压焊接空心球节 点加双肋 比加单肋提 高 了极 限承 载力 ， 提高的幅度在 １ －２ ０％－ ０％［ 。通过有限元分析 ， 双肋 的 加
钢材设计强度 ， ’ 有关。
破坏的可能性不同， 但在工程常用的球体径厚 比范围内， 一般均
网架规程与 网壳规程 中对考虑加 劲肋 的影 响， 采用 了加劲 肋 发生极 值点失稳的压 曲破 坏［ 文 中在 计算 中采用 与文 献 ［ ］ ， ２ 相 提高系数 珊， 受压 空心球加 劲肋采用 １４ 受 拉空心球 采用 １ １ 同的受 压承载力极限准则 ， ： ．， ．， 即 都是钳 对单肋 的焊接空 心球 。文 中研 究 的是 ， 采用 双加 劲肋 时 ，