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網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中，焊接空心球節(jié)點(diǎn)具有構(gòu)造簡(jiǎn)單，連接方便，不產(chǎn)生節(jié)點(diǎn)偏心等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)得到了最為廣泛的應(yīng)用。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)直徑為120mm~ 900mm的焊接空心球節(jié)點(diǎn)的研究比較成熟，根據(jù)大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸分析得到了與圓鋼管直接相連時(shí)，空心球的受壓和受拉承載力設(shè)計(jì)值，并制定了設(shè)計(jì)規(guī)范。相對(duì)而言，對(duì)與多個(gè)錐管直接相連的半球節(jié)點(diǎn)的研究，無(wú)論是試驗(yàn)上還是理論上，都還未達(dá)到與單個(gè)圓鋼管直接相連的球節(jié)點(diǎn)的深度。1997年，東南大學(xué)的學(xué)者對(duì)4個(gè)直徑為600mm的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了有限元分析和試驗(yàn)，并對(duì)規(guī)程中的承載力計(jì)算方法提出了修改建議；1998年，天津大學(xué)的學(xué)者分別對(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，并通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的回歸得出了承載力公式；2000年和2003年學(xué)者利用有限元工具分別對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了進(jìn)一步的數(shù)值模擬，通過(guò)回歸分析得到了適用于大直徑節(jié)點(diǎn)的承載力計(jì)算公式。
雖然人們已進(jìn)行了一些試驗(yàn)研究和理論分析，但可以利用的試驗(yàn)數(shù)據(jù)仍不充分，且設(shè)計(jì)時(shí)仍無(wú)標(biāo)準(zhǔn)可依，因此對(duì)于大型工程節(jié)點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證是非常必要的。本文以某大型體育館工程為背景，對(duì)一受力復(fù)雜的大直徑焊接空心半球節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了足尺模型試驗(yàn)研究和有限元分析，通過(guò)試驗(yàn)獲得節(jié)點(diǎn)的主要關(guān)鍵點(diǎn)的應(yīng)力和承載力，驗(yàn)證有限元分析結(jié)果，為拱形桁架的安全性評(píng)估提供依據(jù)，也對(duì)該類節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)提供參考。
研究的節(jié)點(diǎn)是某體育館焊接鋼管拱形桁架的支座節(jié)點(diǎn)，該網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)布置圖如圖 所示，所要分析節(jié)點(diǎn)為 ZHJ1 的支座節(jié)點(diǎn)。
該節(jié)點(diǎn)由一個(gè)薄壁半球和四根錐管、四根直管組成，半球直徑為800mm，壁厚40mm，①桿、②桿的直桿部分采用Φ299×12無(wú)縫鋼管，③桿、④桿的直桿部分采用Φ299×16無(wú)縫鋼管，它們的錐桿部分均為Φ177×16~Φ299×16錐管，長(zhǎng)度均510mm，①桿、②桿軸線之間夾角為30.1，①桿與③桿、②桿與④桿軸線之間夾角為62.6，③桿、④桿軸線之間夾角為25.1。該節(jié)點(diǎn)的鋼材均為 Q345級(jí)。作用在四根管上的壓力設(shè)計(jì)值分別為669.4kN、849.4kN、985.1kN、1304.8kN。
采用有限元軟件ANSYS對(duì)空間球節(jié)點(diǎn)受力性能進(jìn)行分析。節(jié)點(diǎn)建模采用 ANSYS 提供的4點(diǎn)彈塑性殼單元shell143，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有6個(gè)自由度，包括3個(gè)線位移自由度和3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，該單元具有塑性、蠕變、應(yīng)力強(qiáng)化、大撓度和小應(yīng)變等功能，能較好的模擬薄到中厚的殼結(jié)構(gòu)。
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