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空間結(jié)構(gòu)中焊接空心球節(jié)點以構(gòu)造簡單、連接方便等優(yōu)點得到了廣泛應(yīng)用。目前，國內(nèi)外已根據(jù)大量試驗數(shù)據(jù)回歸得到了簡單焊接空心球節(jié)點的承載力計算公式，制定了設(shè)計規(guī)范。對于較為復雜的受力情況，國內(nèi)的劉錫良對6組大直徑空心球進行了理論和試驗研究，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)點承載安全性作出了評價；王元清對大量以圓管為弦管、方管(包括矩形管)為支管的混合空間鋼管節(jié)點承載力分析，回歸出了相關(guān)的承載力計算公式；董石麟、熊世樹分別對某些焊接空心球節(jié)點進行了有限元分析和試驗研究。由于國外焊接的人工費用很高，所以這方面研究相對較少，Gao和 Gho進行了軸力、平面內(nèi)彎矩和平面外彎矩同時作用下完全相貫K形節(jié)點的試驗研究，并提出了應(yīng)力集中因子的概念。相對而言，大直徑焊接空心球節(jié)點多向同時加載的研究較少，實際中缺乏可參考數(shù)據(jù)，因此對這類節(jié)點進行試驗研究是很有必要的。
本研究在某工程體育館張弦穹頂屋蓋施工過程模擬基礎(chǔ)之上，對其中的大型空心球支座節(jié)點進行彈塑性有限元分析及足尺試驗研究，全面把握其受力性能、自身強度及安全儲備，能夠驗證有限元的分析結(jié)果，為屋蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工提供依據(jù)，對類似節(jié)點設(shè)計提供參考。
試驗節(jié)點與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，7#、8#、9#三桿搭接，且無加勁肋板。
空心球外徑900mm，厚25mm。為提高球體承載力，在節(jié)點鋼球內(nèi)設(shè)置十字加勁肋，肋板厚45mm，其余桿件型號見表，模型桿長取3倍直徑，所有鋼材均為Q345B。
節(jié)點中2#、4#、6#空間位置特殊，且桿荷載較小，為方便試驗加載將這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，并通過有限元分析驗證可行性。節(jié)點承載力檢驗荷載P1.6設(shè)取為1.6倍設(shè)計使用荷載P設(shè)，試驗實際加載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)點彈塑性殼單元SHELL143對該節(jié)點進行受力分析。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，并對各相交線處網(wǎng)格進行加密處理。整個模型共分為56681個單元，28243個結(jié)點。
專業(yè)從事機械產(chǎn)品設(shè)計│有限元分析│強度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務(wù)與解決方案
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