新型喷头式节点抗弯性能及其幂函数模型研究

Abstract

传统碗式节点作为一种典型装配式节点，常应用于大跨度空间网格结构，但因其抗弯刚度较小，使其应用范围受限。基于此，对传统碗式节点进行改进，提出了一种抗弯性能更好的喷头式节点。首先，对喷头式节点进行设计，并对喷头式节点与碗式节点进行了纯弯作用下的有限元模拟，对比了二者的抗弯性能；然后，研究了周围螺栓半径、轴向压力和轴向拉力对喷头式节点抗弯性能的影响；最后，建立了喷头式节点弯矩-转角的幂函数模型，采用模拟退火算法得到了该模型曲率系数，利用多元非线性拟合方法确定了相关的模型参数，并对幂函数模型进行了评估。结果表明，与传统碗式节点相比，新型喷头式节点的初始刚度提高了21.71倍，极限弯矩提高了5.42倍，而用钢量仅增加了15%；随着周围螺栓半径的增大，节点的初始刚度缓慢增大而极限弯矩显著增加；随着轴向压力的增大，节点初始刚度和极限弯矩也逐渐增大；增大轴向拉力会明显降低节点初始刚度和极限弯矩，当轴向拉力达到一定值时，节点会出现明显的螺栓颈缩提前现象；轴向力对节点的失效模式有较大影响；建立的幂函数模型能很好地吻合节点的实际弯矩-转角曲线，幂函数模型的各项特征参数及其影响系数拟合效果较好。所得结论可为该节点的工程应用与研究提供参考。

Keywords

• 传统碗式节点;新型喷头式节点;节点抗弯性能;失效模式;幂函数模型;模拟退火算法