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空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的力學性能，已經(jīng)廣泛應用于各類工業(yè)與民用建筑。空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)常用的節(jié)點形式為焊接球節(jié)點和螺栓球節(jié)點。焊接球節(jié)點工藝要求高、現(xiàn)場施工難度大；螺栓球節(jié)點雖然可實現(xiàn)裝配化，但易出現(xiàn)“假擰緊”和“合攏塞桿困難”等問題。為實現(xiàn)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品化，針對中小跨度的結(jié)構(gòu)研制出一種工廠預制、施工方便、可反復拆卸和承載力可靠的節(jié)點，對實現(xiàn)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)標準化具有重要意義。國內(nèi)學者很早便開始對裝配式網(wǎng)格結(jié)構(gòu)進行研究，但結(jié)構(gòu)較難實現(xiàn)產(chǎn)品化和標準化。為實現(xiàn)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品化和裝配化施工，本文針對中小跨度的結(jié)構(gòu)研制出一種套筒式節(jié)點。套筒式節(jié)點由焊接球和外伸端實現(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、螺距和進深與套筒相同，且為接頭2螺紋進深的2倍，在安裝完畢后，套筒平均分配到兩個接頭上。節(jié)點安裝步驟如下：1)通過環(huán)狀焊縫，將接頭1與焊接球連接；2)通過環(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)件連接中應用較少，在機械和石油運輸管道等領(lǐng)域已有廣泛應用，其受力情況與鋼結(jié)構(gòu)不同。文獻對類似節(jié)點進行了研究，結(jié)果表明，螺紋套筒式節(jié)點施工方便、迅速，且結(jié)構(gòu)整體性較好。
文獻對節(jié)點外伸端軸向拉壓力學性能進行了有限元分析模擬和參數(shù)分析。研究表明：當套筒壁厚與接頭壁厚相等，螺距為桿件壁厚的1/2，進深為15倍螺距時，節(jié)點受拉承載力最大。為了系統(tǒng)考察節(jié)點的受拉力學性能，根據(jù)文獻研究結(jié)論，對套筒式節(jié)點進行軸拉、偏拉試驗研究，并對試件進行了有限元非線性數(shù)值分析，以期為相關(guān)節(jié)點研究及工程應用提供參考。
根據(jù)文獻的結(jié)論，本文設(shè)計了兩組軸拉試件，鋼材強度等級為Q235B，通過母材試驗測得其屈服強度為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試件加載端被設(shè)備夾扁影響試驗結(jié)果。試件參數(shù)為：接頭管徑20mm，接頭和套筒壁厚4mm，螺距2mm，套筒螺紋進深30mm，安裝后節(jié)點長150mm。第二組為對照組，為管徑20mm，壁厚4mm，長度為150mm的圓管。
為研究荷載偏心對套筒式節(jié)點受力性能影響，本文設(shè)計了偏心距為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，從而實現(xiàn)節(jié)點偏心。為重復利用加載端，加載端與節(jié)點外伸端通過相同規(guī)格螺紋進行連接。試件詳細參數(shù)如圖所示。為剔除加載端頭對試驗產(chǎn)生的影響，設(shè)計了一組采用相同加載端頭的軸拉試件2作為對照組。
試驗采用德國Zwick公司Zwick/RoellZ100型萬能材料試驗機。該試驗機能自動識別力傳感器、自動溫度補償。通過其自帶的引伸計可精確測量試樣變形，同時剔除設(shè)備等的誤差，設(shè)備如圖所示。
根據(jù)試驗設(shè)備特點，各試件均采用靜力單調(diào)加載，加載速率為2mm/min，該速度遠低于規(guī)范規(guī)定的材性試驗加載速度，可視為靜力加載。試驗為分級加載，每加載5kN間歇10min，加載至試件螺紋外露部位斷裂。
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