網架結構中，焊接空心球節點具有構造簡單，連接方便，不產生節點偏心等優點，在我國得到了最為廣泛的應用。目前，國內對直徑為120mm~ 900mm的焊接空心球節點的研究比較成熟，根據大量的試驗數據回歸分析得到了與圓鋼管直接相連時，空心球的受壓和受拉承載力設計值，并制定了設計規范。相對而言，對與多個錐管直接相連的半球節點的研究，無論是試驗上還是理論上，都還未達到與單個圓鋼管直接相連的球節點的深度。1997年，東南大學的學者對4個直徑為600mm的節點進行了有限元分析和試驗，并對規程中的承載力計算方法提出了修改建議；1998年，天津大學的學者分別對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，并通過對試驗數據的回歸得出了承載力公式；2000年和2003年學者利用有限元工具分別對節點進行了進一步的數值模擬，通過回歸分析得到了適用于大直徑節點的承載力計算公式。
      雖然人們已進行了一些試驗研究和理論分析，但可以利用的試驗數據仍不充分，且設計時仍無標準可依，因此對于大型工程節點進行試驗驗證是非常必要的。本文以某大型體育館工程為背景，對一受力復雜的大直徑焊接空心半球節點進行了足尺模型試驗研究和有限元分析，通過試驗獲得節點的主要關鍵點的應力和承載力，驗證有限元分析結果，為拱形桁架的安全性評估提供依據，也對該類節點的設計提供參考。
      研究的節點是某體育館焊接鋼管拱形桁架的支座節點，該網殼結構的結構布置圖如圖 所示，所要分析節點為 ZHJ1 的支座節點。
      該節點由一個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無縫鋼管，③桿、④桿的直桿部分采用Φ299×16無縫鋼管，它們的錐桿部分均為Φ177×16~Φ299×16錐管，長度均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。該節點的鋼材均為 Q345級。作用在四根管上的壓力設計值分別為669.4kN、849.4kN、985.1kN、1304.8kN。
      采用有限元軟件ANSYS對空間球節點受力性能進行分析。節點建模采用 ANSYS 提供的4點彈塑性殼單元shell143，每個節點有6個自由度，包括3個線位移自由度和3個轉動自由度，該單元具有塑性、蠕變、應力強化、大撓度和小應變等功能，能較好的模擬薄到中厚的殼結構。

                                                                                  專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
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