【节选】(《复杂异型钢结构设计方法与工程实例》,主编:王钢)
一、焊接板节点
图1 焊接钢板节点
焊接钢板节点(图1):由十字节点板和盖板组成,适用于连接型钢杆件。焊接钢板节点十字节点板与盖板所用钢材应与网架杆件钢材一致。
焊接钢板节点的构造应符合下列要求:(1)杆件重心线在节点处宜交于一点,否则应考虑其偏心影响;(2)杆件重心线在节点处宜交于一点,否则应考虑其偏心影响。
二、焊接空心球节点
图2 焊接空心球节点
焊接空心球节点(图2):是通过将构件直接焊接到闭合的球形壳体上形成的节点。其中受压为主的空心球节点的破坏机理一般属于壳体稳定问题,以受拉为主的空心球节点的破坏机理则属于强度破坏问题。
三、螺栓球节点
图3 螺栓球节点
螺栓球节点(图3)的连接构造原理是:先将置有螺的锥头或封板焊在钢管杆件的两端,在伸出锥头或封板的螺杆上套有长形六角套筒(或称长形六角无纹螺母),并以销子或紧固螺钉将螺栓与套筒连在一起,拼装时直接拧动长形六角套筒,通过销钉或紧固螺钉带动螺栓转动,从而使螺栓旋入球体,直至螺栓头与封板或锥头贴紧为止,各汇交杆件均按此连接后即形成节点,螺拧紧程度靠销钉来控制。
四、相贯节点
图4 相贯节点
相贯节点(图4)的构造形式为构件直接汇交于节点,该类节点具有连接简单和节省材料的优势,但是构件端部加工较复杂,节点处受力状态较复杂。有两种相贯结合方式:(1)弦杆完整,杆端部加工成相贯面后,吻合焊接在弦杆的管壁上;(2)弦杆和腹杆均加工出相贯面后焊接到一起。
五、铸钢节点
图5 铸钢节点
铸钢节点(图5)由多根杆件自由汇交而成,该类节点常用于复杂异型钢结构。因其良好的加工、复杂多样的建筑造型等性能,目前在一些大跨度空间管桁架钢结构中开始被推广使用,特别是在处理复杂的交汇节点上,铸钢节点有着得天独厚的优势。由于铸钢节点适合于造型复杂的节点,并且可以避免节点处因反复焊接产生很大的初应力,被广泛用于体育场馆、展览馆等城市标志性建筑。
六、复杂钢结构节点数值分析
在复杂异型钢结构节点中,杆件布置极不规则且多根杆件汇交一处,从而形成较为复杂的钢结构节点。该类节点往往无法使用常规钢结构节点的计算方法进行承载力验算及节点设计。因此,数值分析成为复杂异型钢结构节点的重要分析手段。
复杂钢节点有限元分析主要分为以下三个步骤:
1、从结构分析软件中提取节点线模型
复杂异型钢结构的整体分析模型通常可直接导出整体结构的线模型,然后截取分析节点的线模型,建议节点域杆件截取长度取截面长边尺寸的2~4倍,当杆件重叠区域较大时可适当取大的长度值,如图6所示。
图6 复杂钢结构节点线模
2、使用三维建模软件建立几何模型
将提取出的节点线模导入三维建模软件(如cad或rhino等),然后使用软件的拉伸等命令生成杆件截面,然后使用交集、并集或差集的命令删除多余的部分,最终形成复杂节点的壳单元模型或实体模型,如图7所示。
图7 复杂钢结构节点模型
3、导入有限元软件进行节点受力分析
将三维建模软件建成的复杂节点模型导入ABAQUS或ANSYS等有限元分析软件,进行属性定义、网格划分、接触属性及边界条件设置,然后进行数值分析并提取计算结果如图8所示。
图8 复杂钢结构节点数值分析
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