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空間結(jié)構(gòu)中焊接空心球節(jié)點(diǎn)以構(gòu)造簡(jiǎn)單、連接方便等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛應(yīng)用。目前，國(guó)內(nèi)外已根據(jù)大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸得到了簡(jiǎn)單焊接空心球節(jié)點(diǎn)的承載力計(jì)算公式，制定了設(shè)計(jì)規(guī)范。對(duì)于較為復(fù)雜的受力情況，國(guó)內(nèi)的劉錫良對(duì)6組大直徑空心球進(jìn)行了理論和試驗(yàn)研究，建立了基于沖切模型和能量法的承載力公式；衛(wèi)星對(duì)重慶奧林匹克體育中心網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中與10根管相連的鑄鋼球節(jié)點(diǎn)承載安全性作出了評(píng)價(jià)；王元清對(duì)大量以圓管為弦管、方管(包括矩形管)為支管的混合空間鋼管節(jié)點(diǎn)承載力分析，回歸出了相關(guān)的承載力計(jì)算公式；董石麟、熊世樹(shù)分別對(duì)某些焊接空心球節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了有限元分析和試驗(yàn)研究。由于國(guó)外焊接的人工費(fèi)用很高，所以這方面研究相對(duì)較少，Gao和 Gho進(jìn)行了軸力、平面內(nèi)彎矩和平面外彎矩同時(shí)作用下完全相貫K形節(jié)點(diǎn)的試驗(yàn)研究，并提出了應(yīng)力集中因子的概念。相對(duì)而言，大直徑焊接空心球節(jié)點(diǎn)多向同時(shí)加載的研究較少，實(shí)際中缺乏可參考數(shù)據(jù)，因此對(duì)這類(lèi)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)研究是很有必要的。
本研究在某工程體育館張弦穹頂屋蓋施工過(guò)程模擬基礎(chǔ)之上，對(duì)其中的大型空心球支座節(jié)點(diǎn)進(jìn)行彈塑性有限元分析及足尺試驗(yàn)研究，全面把握其受力性能、自身強(qiáng)度及安全儲(chǔ)備，能夠驗(yàn)證有限元的分析結(jié)果，為屋蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工提供依據(jù)，對(duì)類(lèi)似節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)提供參考。
試驗(yàn)節(jié)點(diǎn)與12根桿件、一塊拉索肋板和兩塊索耳板相連，索耳板連接徑向索，桿件及拉索軸線定位如圖所示，從圖中可見(jiàn)，7#、8#、9#三桿搭接，且無(wú)加勁肋板。
空心球外徑900mm，厚25mm。為提高球體承載力，在節(jié)點(diǎn)鋼球內(nèi)設(shè)置十字加勁肋，肋板厚45mm，其余桿件型號(hào)見(jiàn)表，模型桿長(zhǎng)取3倍直徑，所有鋼材均為Q345B。
節(jié)點(diǎn)中2#、4#、6#空間位置特殊，且桿荷載較小，為方便試驗(yàn)加載將這3根桿件荷載按矢量等效原則分解后施加到1#桿、3#桿、12#桿上，并通過(guò)有限元分析驗(yàn)證可行性。節(jié)點(diǎn)承載力檢驗(yàn)荷載P1.6設(shè)取為1.6倍設(shè)計(jì)使用荷載P設(shè)，試驗(yàn)實(shí)際加載1.6分取為1.6倍分解荷載P分。
采用有限元軟件ANSYS中的4節(jié)點(diǎn)彈塑性殼單元SHELL143對(duì)該節(jié)點(diǎn)進(jìn)行受力分析。網(wǎng)格的劃分采用整體劃分和局部加密相結(jié)合、映射劃分和自由劃分同用的方法，其中球體、肋板、索耳板采用自由網(wǎng)格劃分法，桿件采用映射網(wǎng)格劃分法，并對(duì)各相交線處網(wǎng)格進(jìn)行加密處理。整個(gè)模型共分為56681個(gè)單元，28243個(gè)結(jié)點(diǎn)。
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