网架焊接空心球节点的受力分析(NBU)

建筑网架螺栓球节点连接措施分析摘要：随着建筑领域的不断创新发展，各种新型建材、新型建筑形式及新型建筑施工工艺技术方法陆续问世并得到实际应用，各种各样的造型别致、风格独特的建筑工程也越来越多，在体育场馆、展厅剧院、以及一些大型雨篷等建筑工程建设中，对网架结构的应用越来越广泛，鉴于螺栓球节点连接在建筑网架结构施工中占据核心地位，该施工环节的施工质量也是建筑网架结构整体质量的决定性因素，所以，本文以建筑网架螺栓球节点连接措施为主要论点展开分析探讨。

关键词：建筑；网架螺栓球节点；连接措施分析引言建筑网架结构是一种按照相应的网格形式，通过连接节点将众多杆件连成一体的建筑空间结构，具备造型美观、轻质、刚度大及安全性能优越等优势，在现代化艺术与体育场馆、影剧院等建筑工程项目建设中的应用尤为广泛，对于建筑网架结构施工来说，螺栓球节点连接是项目施工的核心重点，所以，要想确保建筑网架结构施工质量的可靠性，施工企业不仅需要深入开展螺栓球节点连接措施研究，还要从设计图纸、施工人员专业能力等多个方面入手加强管理与控制。

1网架螺栓球节点连接技术建筑网架螺栓球节点连接装置是该项目的优势特色，螺栓球侧方存在螺纹孔，通过螺纹中包含螺栓，螺栓上包含转柄，转柄部分包含挤压板以及贯穿挤压板的挤压杆。

螺栓的另一侧安装有储油瓶以及另一个挤压板被称为第二挤压板，通过将第一个挤压杆的一端插入储油瓶，设备运转过程中，第一挤压杆联动挤压第二挤压板，使得储油瓶中的油液受到挤压进入螺纹孔内部，实现了定期的润滑螺纹孔的作用，避免长期使用后螺栓孔的锈蚀问题导致的螺栓无法拧出的问题。

1.1螺栓球装置效益分析第二挤压板受到第一挤压板的作用，能够有效地将储油瓶中的润滑油积压至螺纹孔内，实现了对螺纹孔内部的定期润滑作用，避免螺栓孔生锈影响设备正常工作。

该装置内部包含拉动弹簧，该弹簧和第三固定环进行连接，使得螺栓的连接紧密性得到了增强。

1.2装置原理在对螺栓节点进行保养的过程中，通过对挤压板进行挤压，该挤压板会带动挤压杆与第二挤压板进行联动，同时完成润滑油的挤压作用，使得储油瓶中的润滑油通过油管挤入螺纹孔，在螺栓与螺纹孔进行紧固的过程中，拉动套勾带动弹簧运动，使其勾住第三固定环来完成螺栓连接紧密性的提升作用。

研究探讨 Research310 论某体育馆屋面焊接空心球网架安全性鉴定魏晓红（山西五建集团有限公司）中图分类号：G322 文献标识码：B 文章编号1007-6344（2019）05-0310-01摘要：本文以某体育馆屋面焊接空心球网架结构的安全性鉴定为例，论证安全性鉴定检测的内容和方法，从而进行安全性分析及验算后，对本建筑物的安全性进行鉴定和评级。

关键词：焊接空心球网架；安全性鉴定0 引言本文通过对某体育馆屋面焊接空心球网架结构调查分析、现场检测、安全性分析及验算，提出了对此网架工程的安全性鉴定及建议。

1 工程简况某体育馆屋面焊接空心球网架工程，结构形式为：斜放四角锥，结构安全等级为二级，横向跨度 42米，纵向跨度为66米，网架厚度3.5m, 建筑面积约2770㎡。

1988年由某某设计研究院设计，1990年对该网架进行了加固维修设计，同年建成并投入使用。

为确定该网架工程是否满足安全使用要求，特对其进行了安全性鉴定检测。

2 对此网架结构的调查分析根据委托方提供的图纸经现场初步调查，该网架工程由某某设计研究院于1988年设计，由于其它原因，原设计单位于1990年对该工程出具了加固变更设计。

加固变更内容如下：对网架上弦采用加杆（或换杆）的方法进行了加固，在网架上弦短跨方向共增加杆件317根、加固68根，腹杆加固4根。

对屋面构造部分变更为：二毡三油上铺小石子防水层（或三元乙炳防水层），10mm 厚1：3水泥砂浆找平层，30mm 厚1：10水泥蛭石找坡层，25mm 钢丝网水泥板。

该网架工程于2007年对其防腐涂层进行了处理，后由于屋面漏水于2013年采用SBS 防水卷材对其进行了处理，除此之外未做任何处理。

网架所处环境为室内全封闭一般环境，由于屋面漏水，造成部分支座及杆件防腐涂层均产生了不同程度开裂、起皮。

该网架工程纵向跨度为66米，由22个3米的网格构成，横向跨度42米，由14个3米的网格构成，网架厚度为3.5米。

焊接空心球节点承载力分析一．引言空间网格结构是由杆件通过节点相连接而成的结构系统，节点是结构系统中重要的受力构件，离散的杆件通过节点集成为一个结构系统，所以在空间网格结构系统中,节点的构造设计和强度都是十分重要的。

在空间网格结构中用于构件间连接的典型节点有两种类型：相贯节点和节点体。

相贯节点是指杆件与杆件直接相交，而不是通过节点；节点体是指各杆件通过一个节点相交，该节点是独立的构件，如图1所示[1]。

图1 各种典型节点现在应用于大跨空间结构中，适合中国国情且在工程上应用广泛的主要有两种节点体形式：螺栓球节点和焊接空心球节点。

前者是70年代从德国MEMO引进的，最早由内蒙古铁路局设计室研制成功并应用于内蒙古呼和浩特铁路局俱乐部[2]，属于“洋为中用”类型；而后者焊接空心球节点是1964-1966年间由刘锡良教授成功研制开发，第一个应用工程为天津科学馆[2]，属于“土生土长”类型。

本文介绍的是节点体中的焊接空心球节点，简要介绍了研究进展和有限元分析方法分析焊接空心球节点承载力的过程及得到的相应承载力公式，最后指出了当前研究中的不足。

二．优缺点及国内外应用情况焊接空心球节点是由两个半球焊接而成的空心球，可根据受力大小分别采用不加肋和加肋两种，如下图2所示[4]。

在我国，焊接空心球节点可适用于单层或多层空间网格结构的节点体系，该体系是将钢管与预制好的空心球直接焊接而成，适用于连接钢管杆件。

焊接空心球节点的优点是构造简单，受力明确，连接方便，且其刚度较螺栓球节点要大得多，所以它也比螺栓球节点具有更广泛的适用范围，但是焊接空心球节点的现场焊接工作量较大，同时，球的直径比管径要大得多，这成为建筑上的一个缺点[1]。

出于特殊情况及质量控制上的考虑，国外一般不采用现场焊接的形式，故焊接空心球节点在国外的工程实例已经不多见，目前，该类节点主要在我国广泛使用，这里面还包括著名的国家游泳中心“水立方”。

图2-1 不加肋的空心球图2-2 加肋的空心球三．一些研究及成果国内对焊接空心球节点有着广泛的研究分析，但尚未达成统一的承载力计算公式。

网架球节点有限元应力分析摘要：网架、网壳及空间桁架等大跨度空间钢结构在工程实际中有广泛的应用，由于大跨度空间结构杆系数量庞大，且一些重要的连接节点受力复杂，故手动计算这些空间结构困难较大，且结果难以保证，故一般采用软件有限元的方式进行结构分析。

本文以天水体育场实际工程为背景，分析了不同焊接球节点支座的受力情况，得到了支座的应力分布规律，提出了优化建议，为后续工程设计提供参考。

关键词：大跨度空间结构；有限元分析；焊接球节点1.概述1.1钢结构在大跨度空间结构的优势钢结构具有材料强度高，塑性、韧性好，材质均匀、工作可靠性高，且钢结构制作简便、施工周期短、良好的装配性又是绿色建筑，具备可持续发展的特性，故在在大跨度空间结构中有广泛的应用。

例如上海师范学院球类房(我国第一座平板网架)，天津科学宫(焊接空心球节点斜放四角锥网架)，首都机场机库(三层斜放四角锥平板网架结构)，北京工人体育馆(柔性空间悬索结构)，深圳华侨城欢乐谷中心表演场(张拉膜结构)等[1]。

空间网格结构由于杆件数量庞大，节点形式多样，结构形式复杂，采用手算几乎无法实现，应根据结构的类型、平面形状、荷载形式及不同设计阶段等条件，可采用有限元法或基于连续化假定的方法进行计算，这为采用计算机程序化计算提供了便捷，按有限元法进行空间网格结构静力计算可采用下列基本方程[2]：KU=F式中：K—空间网格结构总弹性刚度矩阵；U—空间网格结构节点位移向量；F—空间网格结构节点荷载向量。

1.2大型通用有限元软件ANSYSANSYS协同仿真环境技术以优化设计流程为目标，以客户化应用为手段，通过捕捉专家经验、规范设计流程、高可靠性的CAD/CAE互操作技术、高效率的优化技术、web技术等大幅缩短研发过程。

构成协同仿真环境的CAE产品包括：结构分析体系、电磁场分析体系、流体力学分析体系、行业化定制模块、仿真模型建造系统、设计人员快捷分析工具箱、多目标快速优化工具、客户开发平台等。

超大型浮式网架结构节点的选型及有限元分析对各种节点类型的优缺点进行分析对比，选出最适宜浮式网架结构的节点型式为球节点，并运用ABAQUS有限元软件对球节点的力学性能进行数值模拟分析，计算得出球节点的极限承载能力。

作为实际工程运用的参考，设置加劲肋的用以提高球节点的力学性能。

标签：浮式网架；节点；有限元分析；加劲肋0 引言当今世界空间与资源总储量紧张情势远远不能满足当今经济的飞速发展，因此海洋工程界开启了一个新的研究领域，即超大型浮式结构的研究。

其结构具有整体性好、工业化程度高、施工周期短、消波性好、受自然条件限制较小等优点[1]。

针对新型海洋结构浮式网架的相关研究主要集中在整体结构选型及其稳定性分析。

节点作为结构的关键受力与传力构件，具有极复杂的受力环境与破坏型式，其力学性能对结构的整体性及稳定性有着至关重要的作用。

1 浮式结构节点选型按照力学特性，节点可分为刚性连接节点、半刚性连接节点和铰接连接节点；按照构造形式，节点具体可分为：螺栓球节点、焊接空心球节点、钢管圆筒节点、焊接钢板节点、钢管鼓节点等。

节点交汇处都连接有数根杆件，受力复杂，确定节点类型需要满足与计算假定相符、尽量避免偏心、具有足够的强度等原则，结合各类型连接节点的受力状况、制作工艺等特征，浮式网架结构连接节点形式选为焊接空心球节点。

2 空心球节点的有限元分析2.1 模型参数及材料属性2.2 有限元原理进行数值模拟时，焊接空心球节点可看做很薄的壳体，进而选择壳单元进行计算；同时也能够看做是三维连续体，选用实体单元来进行有限元分析。

唐海军采用两种单元对焊接空心球节点进行了分析比较，认为实体单元能够更精确的反应节点在受荷过程中的变形和应力情况[2]。

选用实体单元，考虑几何非线性。

大量研究表明，焊接球节点在轴向受拉时为强度破坏，轴向受压时为弹塑性压曲破坏，且单向受力与双向受力时其破坏荷载接近[3]，因此，对球节点进行单向受力的数值模拟分析。