摘要
为了适应铸钢节点的快速发展，本文首次对该类型节点进行了系统研究。通
过对实际工程中采用的铸钢节点的分析，本文讨论了铸钢节点的分类与特性；介
绍了节点的生产工艺；提出了节点的一般设计准则。以弹塑性分析为基础，运用
非线性有限元分析方法，分析了几十种不同规格的铸钢空心球管节点单向拉压状
态下的受力特性，得到了节点的应力分布规律与拉压破坏模式，揭示了影响节点
承载力的主要因素，并建立了节点的设计承载力公式。通过对重庆奥林匹克体育
中心工程中的铸钢空心球管节点空间受力下的有限元分析，得到了节点空间受力
的应力分布规律，并将其与单向受力下的应力分布进行比较，两者应力分布特点
基本相同。除此之外，还对工程中采用的铸钢相贯节点进行了有限元计算，分析
了节点的应力分布情况。以有限元分析为基础，对重庆奥体工程中受力较大的铸
钢空心球管节点与铸钢相贯节点进行了足尺试验研究，得到了最大设计荷载作用
下的节点表面应力分布情况，并与有限元计算结果进行比较，二者符合较好，从
而验证了节点有限元分析的正确性，为今后对铸钢节点的理论研究提供可靠依
据。最后，本文还对铸钢节点有待进一步研究的问题提出了几点建议。本文的研
究结果可为我国即将编制的铸钢节点规范提供可资的参考资料。
In order to suit the quick development of cast steel joints, the systematic research
is carried out in this paper. By analysis of the cast steel joints in structure, the
properties and classification are discussed, the design criteria are presented and the
production technique of the joints is introduced. Based on the elastic-plastic analysis
theory, the static behavior is studied of cast steel hollow spherical joints with tube
under tension and compression by the use of nonlinear FEM.. Stress distribution,
destructive model and influence of joint geometric parameters on joint strength are
analyzed. The bearing-capacity formula of the joints is also presented. Next, the stress
distribution is discussed of cast steel hollow spherical joints with tube under
three-dimension load for Chongqing Olympic stadium by using FEM. The
comparison of the static behavior under two different load case shows that both of the
stress distribution matches each other well. In addition, FEM analysis is also
performed to compute the stress on the cast steel tubular joints in Chongqing Olympic
stadium. On the basis of the computation, the full-scale loading test on cast steel joints
with large size in Chongqing Olympic stadium is performed. By the measurement, the
stress on the surface of the two cast steel joints under maximum design load are
obtained. Combined the test and computation, the result shows that both of the values
match each other very well, which can prove the computation right and provide
reliable basis for the research of cast steel joints in the future. At last, some
suggestions are presented about the further research problem of cast steel joints. The
research in the paper is helpful to compile code in China.
引文
参 考 文 献
[1] 中华人民共和国国家标准．《网架结构设计与施工规定》JGJ7-91．中国建筑
工业出版社，1991
[2] 李隆胜等．铸钢及其熔炼．机械工业出版社，1981
[3] 刘锡良等．平板网架设计．中国建筑工业出版社，1979
[4] 沈祖炎，陈扬骥．网架与网壳．同济大学出版社，1997
[5] 蒋友琼．非线性有限元法．北京工业学院出版社，1988
[6] 徐次达，华伯浩．固体力学有限元理论、方法及程序．水利电力出版社，1983
[7] 徐秉业，陈森灿．塑性理论简明教程．清华大学出版社，1988
[8] 谭建国．使用 ANSYS6.0 进行有限元分析．北京大学出版社，2002
[9] 李皓月等．ANSYS 工程计算应用教程．中国铁道出版社，2003
[10] 姚振纲，刘祖华．建筑结构试验．同济大学出版社，1996
[11] 董德元等．试验研究的数理统计方法．中国计量出版社，1987
[12] 周学军．网架结构超大直径焊接空心球节点破坏机理分析及其承载能力的
试验研究．天津大学硕士学位论文，1996（1）
[13] 卞若宁，陈以一等．空间结构大型铸钢节点试验研究．建筑结构，2002，
32（12）：45～47
[14] 谭仲毅等．黄金树铸钢节点的设计与铸造工艺．钢结构与建筑业，2002，
No.3，Vol.2：19～21
[15] 谭德远．黄金树结构两种节点可选方案的性能比较．钢结构，2002（3），
Vol.17，No.59：19～20
[16] 陈瑞麟．多角度钢结构铸钢节点的研制．钢结构，2003（4），Vol.18，No.66：
16～18
[17] 上海宝钢国际经济贸易有限公司．钢结构用铸钢连接件．中国钢结构产业，
2003（1）
[18] 姚念亮，董明，杨联萍等．焊接空心球节点的承载能力分析．建筑结构，
2000，30（4）：36～38
[19] 郭建营，完海鹰．一种新型空心球节点的试验研究．建筑结构，1998（8）：
49～51
[20] 曾根枝，董明，钱若军等．焊接空心鼓节点的承载力研究．建筑结构，2002，
32（12）：58～61
[21] 刘建平，郭彦林，陈国栋．圆管相贯节点极限承载力有限元分析．建筑结
构，2001，32（7）：56～59
[22] 谭玉成等．网架结构空心球节点承载能力的试验研究及合理设计．空间结
构论文集，科学出版社，1985
[23] 刘子祥等．上海新国际博览中心钢结构安装技术．第二届全国现代结构工
程学术研讨会论文集，工业建筑（增刊），2002：566～571
66
参 考 文 献
[24] 尹德玉，李宇．铸钢件的特性及在空间结构中的应用．第三届全国现代结
构工程学术研讨会论文集，工业建筑（增刊），2003：122～131
[25] 钱若军，王健．铸钢节点设计概述．第三届全国现代结构工程学术研讨会
论文集，工业建筑（增刊），2003：641～644
[26] 任家骥，赵伟．南京奥体中心暨全国第十一届运动会主体育场结构设计．第
三届全国现代结构工程学术研讨会论文集，工业建筑（增刊），2003：
[27] 沈世钊．大跨空间结构的发展—回顾与展望．第一届全国现代结构工程学
术研讨会论文集，工业建筑（增刊），2001：403～409
[28] 刘锡良．现代空间结构的新发展．第一届全国现代结构工程学术研讨会论
文集，工业建筑（增刊），2001：65～72
[29] Zhao H L，Ma J. A study of the behavior of joints. Int. J. Space Structure，1992，
7 (3)
[30] Wardenier，J.. Hollow Section Joints. Delft University Press，1982
67
参 考 文 献
发表论文与参加科研情况说明
1．林彦，刘锡良．铸钢球节点的特点及在工程中的应用．第十二届全国结构工
程学术会议论文集；《工程力学》增刊，2003，637～640
2．林彦，刘锡良．铸钢节点在大跨度空间结构中的应用．第三界全国现代结构
工程学术会议论文集；《工业建筑》增刊，2003，632～640
3．林彦，刘锡良．铸钢节点的设计以及在工程中的应用．《工业建筑》（已录用）
4．刘锡良，林彦．铸钢节点的工程应用与研究．《建筑钢结构进展》（2004 年 2
月刊出）
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