3.1铸钢空心球节点的轴向承载力

利用平面单元对铸钢空心球节点进行 有限元分析，认为当节点受轴向拉力作用时，铸 钢管与球外侧倒角处产生应力集中，此处点的应 力首先达到材料的屈服强度，进入塑性，随着荷 载的逐渐增加，球体上的塑性区不断向外侧倒角 处的球壁内侧及球面四周扩散，直至出现显著的 局部塑性变形，倒角附近的球面被向上拉起，倒 角处的球壁逐渐变薄，在倒角与球体相切的球壁 截面上出现明显的颈缩现象，最终节点在该处被拉断。


铸钢空心球节点即使是在构造措施得到保证的情 况下，受轴向压力作用下的破坏情况仍与受轴向 拉力作用下的情况不同，不能合二为一。他利用 平面单元对受轴向压力的铸钢空心球节点进行了 有限元分析，加载过程中，首先在应力最为集中 的外侧圆角处出现小范围的屈服，形成塑性区。 此后，随着压力的增大，外侧圆角处的塑性区域 进一步扩大，同时在球体内壁和钢管内壁也相继 发生屈服现象，形成塑性区。最终在球体的上部 和下部形成了两条连续的塑性区域，钢管与球体 交接处的外侧圆角附近形成了明显的凹陷，变形 梯度不断增大，最终形成了节点相贯线附近的压 曲破坏，

铸钢空心球节点壁厚较厚，同时又存在内外 侧的圆角，所以刚度较以往使用的焊接空心球节 点刚度有较大提高，其实际受力状态更多的表现 为受轴向力与弯矩共同作用。

张向荣闾对轴力和弯矩共同作用下的铸钢空 心球节点进行了有限元分析。在轴向压力与弯矩 共同作用时，铸钢空心球节点受较大压力一侧铸 钢管与球外侧倒角区域是节点的薄弱部位，随着 荷载的增加，倒角附近的球面岀现显著的塑性变 形，倒角处的球壁逐渐变薄，在倒角与球体相切 的球壁截面上岀现明显的塑性流动现象，最终节 点在该处被压坏。



铸钢节点在我国虽然得到了飞速的发展，但 仍属于起步阶段，与国外先进相比还存在着 明显差距，而且对铸钢节点的研究也有很多问题 有待进一步解决。铸钢节点壁厚，而与之相连的 钢管壁薄，于是连接处会产生很大的应力集中， 成为受力薄弱环节，这是今后值得研究的一个方 面。另外对于空间型铸钢节点，其应用广泛， 但影响参数众多，研究难度大，是今后值得重点 关注、研究的又一个方向。

目前，我国尚未发行铸钢节点的设计规范， 设计人员只能借助有限元分析软件和实体试验来 进行设计，不利于铸钢节点的推广。铸钢节点形 式多样，往往是小批量或单件生产，成本高。如 果能实现铸钢节点的标准化，进行大批量生产， 可降低铸钢节点造价，有利推广。另外，我国目 前的铸造工艺水平也是制约铸钢节点发展的一个 瓶颈。受铸造水平所限，铸钢节点的壁很厚，自 重大，既增加了造价，也不利于受力。因此在保 证质量的前提下降低自重，也将是铸钢节点的研 究方向之一。