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1、空间网壳结构焊接相贯节点性能分析熊俊,石永久,王元清(土木工程安全与耐久教育部重点试验室,清华大学土木工程系,北京100084)摘要:焊接相贯管节点连接简便,承载性能好,用钢量小,在海洋平台、桥梁、高层,尤其是大跨度网壳结构中应用广泛.空间网壳结构节点区受力复杂,目前的节点设计规范没有给出大型、异型及轴力、弯矩组合作用下焊接管节点的承载力设计方法.因此,有必要对焊接管节点在多种荷载工况下的性能进行分析.本文以北京市某空间网壳结构植物园的焊接管节点为背景,计算了节点在轴力、剪力、弯矩及扭矩组合作用下的应力、变形分布,得到了节点极限承载力,分析了节点弹性、塑性阶段刚度和承载性能的变化,并通过对比分
2、析探讨了设置加劲肋和改变节点构造形式对节点强度和刚度的影响,对节点进行了优化.分析结果表明,贯通管节点在复杂受力条件下可能出现节点区应力集中导致局部屈服,对节点整体刚度有较大影响;在节点内部设置加劲肋能够缓解节点相贯处的应力集中,有效阻隔屈服区沿管壁方向扩展,提高节点极限承载力.关键词:网壳结构;焊接相贯节点;承载性能;刚度;有限元分析中图分类号:TU393.3文献标志码:A文章编号:100626578(2011)0220072204BehavioroftheweldedtubularjointinspatiallatticeshellstructuresXIONGJun,SHIYong2ji
3、u,WANGYuan2qing(KeyLaboratoryofCivilEngineeringSafetyandDurabilityofChinaEducationMinistry,DepartmentofCivilEngineering,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)Abstract:Theweldedtubularjointiswidelyusedinoceanplatforms,bridges,highriseorlongspanstructuresduetotheconvenientconstruction,lowcostandlarge
4、capacity.Thereisalackofclearanddefinitedesigncodeforthecomplextubularjointsubjectedtoaxialforce,momentandtorsioninspatiallatticeshellstructure.Itisnecessarytoanalyzetheperformanceoftubularjointunderdifferentcomplexloadconditions.Inthispaper,theweldedtubularjointofaBeijingspatiallatticeshellstructure
5、wasanalyzed.Theelasticandplasticperformancewerecalculatedbyfiniteelementmethodandtwodifferentjointtypeswerediscussedtoimprovethejointbehavior.Theresultsindicatethatthejointstiffnessisweakenedbylocalstressconcentration.Theribinjointcancontroltheplasticzonedevelopmentandincreasethejointbearingcapacity
6、.Keywords:latticeshells;weldedtubularjoints;bearingcapacity;stiffness;finiteelementanalysis焊接相贯管节点连接简便,承载性能好,用钢量小,在海洋平台、桥梁、高层,尤其是大跨度网壳结构中应用广泛[1,2].随着建筑设计和结构技术的不断发展,空间结构形状、构造和受力更加复杂,目前的设计规范没有给出大型、异型及轴力、弯矩组合作用下焊接管节点的承载力设计方法[3,4].因此,有必要对焊接管节点在多种荷载工况下的性能进行分析.笔者针对北京市某空间网壳结构冬季花园的复收稿日期:2010207231.基金项目:国家自然
7、科学基金资助项目(90815004).作者简介:熊俊(1983—),男,四川乐至人,博士研究生,主要从事高层钢结构、大跨度钢结构、结构抗震等方面的研究工作.E2mail:xion2gj02@mails.tsinghua.edu.cn熊俊,等:空间网壳结构焊接相贯节点性能分析第2期73杂焊接管节点,选用通用有限元软件ABAQUS对节点设计方案进行有限元分析,计算了节点应力、变形分布和极限承载力[52
