文档介绍：浙江大学
硕士学位论文
空间结构节点全方位加载试验装置设计与研究
姓名:王轶
申请学位级别:硕士
专业:结构工程
指导教师:罗尧治
20050301
浙江大学硕士学位论文空间结构节点全方位加载试验装置设计与研究土轶
空间结构节点全方位加载试验装置设计与研究
摘要
随着大跨度空间结构在我国的广泛应用,各种空间结构节点的受力性能成为研究
的关键问题。结构试验是研究节点性能的有效方法,传统的建筑结构试验设备加载方
式简单、自动化程度低,多数只能进行平面加载,难以进行比较复杂的空间结构节点
试验。为了能全面了解各种空间结构节点的力学性能,研制通用全方位节点试验加载
装置已经成为了必然的要求。
首先,本文介绍了空间结构节点试验系统。该系统可以方便的对试验节点从空间
各个方向进行加载,以精确模拟节点受力的情况,从而满足了复杂空间结构节点的试
验要求。
其次,本文设计出了球形试验承力架作为空间结构节点试验系统的承力装置。针
对试验过程中荷载组合复杂的情况,文中应用结构优化理论,编制程序寻找到了球形
试验承力架的最不利荷载组合。文中对球形承力架进行了参数分析,确定了承力架的
各种尺寸参数,验算了承力架的强度和刚度并分析了其极限承载力。
最后,本文应用二次开发技术编写了专用的节点试验模拟程序
模块,该程序模块可以方便的通过界面操作实现多种试验节点建模、加载、
弹塑性有限元分析、计算结果处理以及承力结构强度验算等功能,从而达到
对节点试验全过程数值模拟的目的。
关键词空间结构节点试验全方位加载系统加载装置试验承力架
数值模拟非线性有限元
浙江大学硕士学位论文空间结构节点全方位加载试验装置设计与研究王轶
浙江大学硕士学位论文空间结构节点全方位加载试验装置设计与研究土轶
第一章绪论§引言在人类社会的发展历程中,能提供更大跨度和空间的结构常常是人们追求的梦想和目标,空间结构因此成为倍受注目的结构形式。空间结构是指结构的形态呈三维状态,并在荷载作用下具有三维受力特性的结构。相对于平面结构,空间结构具有受力合理、刚度大、重量轻、造价低等特点,其结构形式新颖丰富、生动活泼,可以充分体现结构之美并富有艺术表现力【近二:十年来,我国的大跨度空间结构,包括薄壳结构、网架结构、网壳结构、悬索结构、膜结构以及各类组合和杂交空间结构得到了迅速的发展,结构形式不断创新,并具有我国自己的特色。形态各异的空问结构在体育场馆、展览馆、航站楼、影剧院、车站、大型商场、飞机库、工厂车间、煤棚与仓库等建筑中得到了广泛的应用。特别是当阿年北京奥运会体育场馆以及年上海世博会展览场馆的设计与施工,为我国空间结构的应用和发展提供了新的机遇和挑战。空间结构的发展对现代建筑已经产生了重大影响,成为反映一个的重要标志【卯。空间结构是由多个汇交杆件通过节点连接而形成的,合理的节点设计对空间结构的安全性能、施工进度以及工程造价都有着直接的影响。随着空间结构的发展,节点的形式和种类越来越多,各种大型工程对节点的承载能力提出了更高的要求,因此,空间结构节点性能也成为了空间结构的重要研究方向。图国家大剧院效果图图鸟巢体育场模型浙江大学硕士学位论文千轶
§空间结构节点类型节点设计应满足受力合理、传力明确、构造简单、制作和安装方便以及尽量减少用钢量等原则。工程中常用的空问结构节点类型有焊接窄心球节点、螺栓球节点、相贯节点、铸钢节点、焊接钢板节点、焊接钢管节点、嵌入式毂节点、法兰节点、外加劲板连接节点、内加劲板连接节点以及多种形式的组合节点等‘D壳笆褂帽冉掀遍的节点体系是焊接空心球节点、螺栓球节点和相贯节点。焊接空心球节点是我国较早采用且应用广泛的一种节点形式,它是由两个半球对焊而成,杆件焊在球面上,如图尽U庵纸诘闶视糜谠哺止芰樱灰T哺止切割面垂直杆件轴线,杆件就能在空心球上自然对巾而不产生偏心⋯。螺栓球节点也是我国常用的节点形式之一,它是由螺栓、钢球、销子蚵荻、套筒和锥头蚍獍等零件组成,如图所示。这种节点标准化程度高,可避免大量的现场焊接工作。相贯节点又称简单节点或真接焊接节点。在其节点处,只有在同一轴线上的两根最粗的相邻杆件贯通,其余杆件在其端部进行相贯线加工后,直接焊接在贯通杆件的外表面,非贯通杆件在节点部位可能互相分离,也可能部分重叠。相贯线切割曾被视为是难度较高的制造工艺,因为交汇杆件的数量、角度、尺寸的不同使得相贯线形态各异而且其坡口处理困难,但随着多维数控切割技术的发展,这些难点已被克服。相贯节点外观简洁明快、没有外凸的节点零件并且不需要增加节点用钢,因而具有突出的优越性。近年来建造的许多重大工程,如上海体育场、广州体育馆、深圳机场航站楼、上海科技城、广州新白云机场航站楼等,都使用了相贯节点并且取