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空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的力學(xué)性能，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各類工業(yè)與民用建筑。空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)常用的節(jié)點(diǎn)形式為焊接球節(jié)點(diǎn)和螺栓球節(jié)點(diǎn)。焊接球節(jié)點(diǎn)工藝要求高、現(xiàn)場(chǎng)施工難度大；螺栓球節(jié)點(diǎn)雖然可實(shí)現(xiàn)裝配化，但易出現(xiàn)“假擰緊”和“合攏塞桿困難”等問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品化，針對(duì)中小跨度的結(jié)構(gòu)研制出一種工廠預(yù)制、施工方便、可反復(fù)拆卸和承載力可靠的節(jié)點(diǎn)，對(duì)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化具有重要意義。國(guó)內(nèi)學(xué)者很早便開(kāi)始對(duì)裝配式網(wǎng)格結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，但結(jié)構(gòu)較難實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化和標(biāo)準(zhǔn)化。為實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品化和裝配化施工，本文針對(duì)中小跨度的結(jié)構(gòu)研制出一種套筒式節(jié)點(diǎn)。套筒式節(jié)點(diǎn)由焊接球和外伸端實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)桿件的空間連接，其構(gòu)造如圖所示。接頭1端部螺紋牙型、螺距和進(jìn)深與套筒相同，且為接頭2螺紋進(jìn)深的2倍，在安裝完畢后，套筒平均分配到兩個(gè)接頭上。節(jié)點(diǎn)安裝步驟如下：1)通過(guò)環(huán)狀焊縫，將接頭1與焊接球連接；2)通過(guò)環(huán)狀焊縫，將接頭2焊接至桿件端部；3)將套筒完全擰至接頭1上；4)接頭1與接頭2對(duì)齊后，將套筒反向擰至接頭2上，單根桿件拼裝結(jié)束。
套筒式節(jié)點(diǎn)的核心連接方式為螺紋連接，但螺紋套筒在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接中應(yīng)用較少，在機(jī)械和石油運(yùn)輸管道等領(lǐng)域已有廣泛應(yīng)用，其受力情況與鋼結(jié)構(gòu)不同。文獻(xiàn)對(duì)類似節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，螺紋套筒式節(jié)點(diǎn)施工方便、迅速，且結(jié)構(gòu)整體性較好。
文獻(xiàn)對(duì)節(jié)點(diǎn)外伸端軸向拉壓力學(xué)性能進(jìn)行了有限元分析模擬和參數(shù)分析。研究表明：當(dāng)套筒壁厚與接頭壁厚相等，螺距為桿件壁厚的1/2，進(jìn)深為15倍螺距時(shí)，節(jié)點(diǎn)受拉承載力最大。為了系統(tǒng)考察節(jié)點(diǎn)的受拉力學(xué)性能，根據(jù)文獻(xiàn)研究結(jié)論，對(duì)套筒式節(jié)點(diǎn)進(jìn)行軸拉、偏拉試驗(yàn)研究，并對(duì)試件進(jìn)行了有限元非線性數(shù)值分析，以期為相關(guān)節(jié)點(diǎn)研究及工程應(yīng)用提供參考。
根據(jù)文獻(xiàn)的結(jié)論，本文設(shè)計(jì)了兩組軸拉試件，鋼材強(qiáng)度等級(jí)為Q235B，通過(guò)母材試驗(yàn)測(cè)得其屈服強(qiáng)度為245MPa，彈性模量為200GPa。
第一組試件由套筒、接頭1、接頭2、芯棒四部分組成。其中芯棒的作用是為避免加載時(shí)試件加載端被設(shè)備夾扁影響試驗(yàn)結(jié)果。試件參數(shù)為：接頭管徑20mm，接頭和套筒壁厚4mm，螺距2mm，套筒螺紋進(jìn)深30mm，安裝后節(jié)點(diǎn)長(zhǎng)150mm。第二組為對(duì)照組，為管徑20mm，壁厚4mm，長(zhǎng)度為150mm的圓管。
為研究荷載偏心對(duì)套筒式節(jié)點(diǎn)受力性能影響，本文設(shè)計(jì)了偏心距為3mm的試件，材料為Q235B。試件由套筒、接頭1、接頭2、加載端四部分組成。試件加載端存在3mm偏心，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)偏心。為重復(fù)利用加載端，加載端與節(jié)點(diǎn)外伸端通過(guò)相同規(guī)格螺紋進(jìn)行連接。試件詳細(xì)參數(shù)如圖所示。為剔除加載端頭對(duì)試驗(yàn)產(chǎn)生的影響，設(shè)計(jì)了一組采用相同加載端頭的軸拉試件2作為對(duì)照組。
試驗(yàn)采用德國(guó)Zwick公司Zwick/RoellZ100型萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)。該試驗(yàn)機(jī)能自動(dòng)識(shí)別力傳感器、自動(dòng)溫度補(bǔ)償。通過(guò)其自帶的引伸計(jì)可精確測(cè)量試樣變形，同時(shí)剔除設(shè)備等的誤差，設(shè)備如圖所示。
根據(jù)試驗(yàn)設(shè)備特點(diǎn)，各試件均采用靜力單調(diào)加載，加載速率為2mm/min，該速度遠(yuǎn)低于規(guī)范規(guī)定的材性試驗(yàn)加載速度，可視為靜力加載。試驗(yàn)為分級(jí)加載，每加載5kN間歇10min，加載至試件螺紋外露部位斷裂。
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