螺栓球的案例
【經典案例欣賞4】螺栓球節點或桿件受力分析
項目難點：
1、螺栓球節點處桿件與球節點的預制裝配連接；
2、考慮初始缺陷，拉壓滯回曲線嚴重非對稱；
3、精細建模。
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基于ABAQUS的新型鋼網架支座節點分析
1 節點構造
1.1 工程概況
本文分析節點來源于湖北省襄陽市某港口貨棚項目，該貨棚結構形式為正放四角錐網架螺栓球節點網殼結構，其形狀為橢圓拋物面網殼，其桿件為薄壁管形斷面。網架跨度95 m，縱向長度100 m，建筑面積9 578.16 m2，網架整體重量為486 t，網架頂標高34.2 m，樓頂設有自然通風氣樓一座，屋頂和兩面的圍護結構均采用鍍鋁鋅壓型鋼板制作，做法采用檁式，支撐方式采用下弦柱點式支撐。
1.2 支座幾何信息
傳統網架支座設計如圖2所示，網架支座連接節點包括兩部分：一部分為鋼結構支座，包括連接鋼板1和支座筋板；另一部分為混凝土柱及預埋件，其中預埋件包括一塊外露連接鋼板和錨固鋼筋。這兩部分通過帶有塞焊螺栓的連接鋼板2相連，其中連接鋼板2與錨固件外露連接鋼板通過角焊縫連接，與連接鋼板1通過螺栓連接。在實際工程中，由于施工過程中的安裝誤差累積，螺栓球往往偏離預定位置，導致螺栓球與支座筋板焊接困難。因此，圖2所示的支座連接中連接鋼板1開橢圓螺栓孔（見圖3），橢圓孔沿X（或X′）方向設置，可在X（或X′）方向上調節螺栓球位置偏差；在Y（或Y′）方向上，依靠調節連接鋼板2的位置實現螺栓球的定位。待螺栓球定位并完成焊接后擰緊螺栓，最后完成連接鋼板2與預埋件外露連接鋼板之間的角焊縫施焊。該支座連接節點的設計只為傳遞軸力，可分解為水平力和豎向力，分別通過兩塊預埋件外露鋼板傳遞給混凝土短柱。當螺栓球傳遞過來的彎矩較小可忽略不計時，可以使用該支座連接節點構造。如果螺栓球傳遞到支座的彎矩較大，則圖2中的支座連接節點難以滿足承載力要求。因連接鋼板2與預埋件外露連接鋼板之間的連接角焊縫承擔彎矩，角焊縫的承載力難以滿足要求。此外，若螺栓球在豎向偏離預定位置，圖2中的支座難以在空間第三方向（Z和Z′方向）進行調節。
展開 解密！五大鋼結構之三“網架”建筑如何深化設計？
（5）上弦支承式網架，支座位置桿件往往容易與下部支撐結構發生碰撞需要注意復核，支座球節點底部至支座底板間的距離應滿足斜腹桿與柱或連梁不相碰的要求。
（6）網架支座外側需要采取限位措施。
2球節點深化設計
螺栓球節點模型
焊接球節點模型
網架球節點形式分為焊接球和螺栓球兩種，螺栓球采用高強螺栓緊固連接，焊接球則采用的是現場焊縫連接。
球節點深化設計時注意的主要有以下幾點：
（1）螺栓球節點配件各生產廠家之間有所不同，在深化前應取得配件數據。
（2）螺栓球節點中鋼球、高強螺栓、套筒、緊固螺釘、錐頭或封板的材料應符合設計和規范的要求。
（3）螺栓球節點中高強螺栓的等級應根據規格分別選用。
（4）螺栓球的直徑應保證相鄰螺栓在球體內不相碰并應滿足套筒接觸面的要求。
（5）螺栓球節點中桿件端部的錐頭或封板采用焊接連接，連接焊縫的承載力應不低于連接鋼管；錐頭截面和封板厚度均應按實際受力大小計算確定。
（6）焊接球一般是由兩個半球焊接而成的空心球，需要根據受力大小確定是否設置加勁肋。
（7）焊接球的外徑與壁厚之比、球外徑與主鋼管外徑之比、球壁厚與主鋼管壁厚之比需要滿足規范規定：球外徑與壁厚之比宜取25~45，球外徑與主鋼管外徑之比宜取2.4~3.0，球壁厚與主鋼管壁厚之比宜取1.5~2.0且球壁厚不宜小于4mm。
（8）焊接球與鋼管連接應采用坡口焊縫，鋼管與球之間應留有間隙以保證焊縫焊透達到與鋼管等強。
展開 SAP2000入門常見問題整理
7、網架建模時，螺栓球的質量如何考慮？
設計網架時，螺栓球節點自重一般按照桿件重量的一定比例考慮，在SFCAD中一般考慮桿件重量的30%，MSTCAD中考慮25%，3D3S中可以調整比例。在sap中可以在定義靜荷載工況時，把此部分重量考慮進去，當考慮30%桿件重量時，可以定義靜荷載的自重系數設為1.30（默認為1)。
二、設計方面
1、如何修改桿件容許長細比？
目前還不能直接修改控制長細比，可以通過設計覆蓋項中的“Unbraced length ratio”選項來進行轉化，不過只能一根一根的修改。
2、SAP2000中如何實現SATWE的梁剛度放大？
目前SAP2000還沒有提供類似于Satwe這么方便的功能。所以，只能選中桿件然后修改剛度。 操作上可以將需要放大剛度的樓面梁選中，并設置為一個組，以后需要考慮剛度放大時可以較為方便的進行修改。
3、SAP2000中文版都貫入了哪些設計規范？
chiness2002包含的中國規范主要有：
《建筑結構荷載規范》（GB50009-2001）
《混凝土結構設計規范》（GB50010-2002）
《建筑抗震設計規范》（GB50011-2001）
《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）
《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2002，J186-2002）
《高層民用建筑鋼結構技術規程》（JGJ99-98）等。
4、鋼結構設計覆蓋項中各個參數的含義：
(1) 無支撐長度比(主)/ 無支撐長度比(次，LT
此項功能主要是用于鋼梁設計。 由于鋼梁強軸(major axis)受彎時，一側的翼板受壓，另一側受拉。受壓側的翼板可能發生LTB(Lateral torsional buckling)，故有必要將其束制，降低鋼梁此類破壞。
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探訪上海臨港特斯拉超級工廠:鋼結構屋頂開始吊裝
鋼結構主要由95根矩形框架柱和鋼網架屋面組成，網架采用螺栓球＋焊接球節點的正放四角錐型式。
順利吊裝的完成，標志著整個超級工廠網架結構吊裝施工正式開始。
來源：澎湃新聞
純干貨！鋼結構網架吊裝施工全方位解析！
這種新樣式結構的方法是依賴鋼體自身的受力，用螺栓球把一根根鋼柱連接在一起相互交錯支撐，網結成各種形態不一的屋蓋空間。從小至幾米的會議室到大至跨度幾百米的工業廠房，這些都是空間網架結構所適宜的范圍。
本文對幾種鋼結構網架的吊裝形式進行了詳細的闡述分析，希望能為各位同行業人士提供一定的幫助。
工程人必懂焊縫質量標準和焊縫一,二,三級的分類！
4 焊接球節點網架焊縫的超聲波探傷方法及缺陷分級應符合國家現行標準JG/T203-2007《鋼結構超聲波探傷及質量分級法》的規定。
5 螺栓球節點網架焊縫的超聲波探傷方法及缺陷分級應符合國家現行標準JG/T203-2007《鋼結構超聲波探傷及質量分級法》的規定。
6 箱形構件隔板電渣焊焊縫無損檢測結果除應符合GB50205-2001標準第7.3.3 條的有關規定外，還應按附錄C 進行焊縫熔透寬度、焊縫偏移檢測。
7 圓管T、K、Y 節點焊縫的超聲波探傷方法及缺陷分級應符合GB50205-2001標準附錄D的規定。
8 設計文件指定進行射線探傷或超聲波探傷不能對缺陷性質作出判斷時，可采用射線探傷進行檢測、驗證。
9 射線探傷應符合現行國家標準《鋼熔化焊對接接頭射線照相和質量分級》(GB 3323)的規定，射線照相的質量等級應符合AB 級的要求。一級焊縫評定合格等級應為《鋼熔化焊對接接頭射線照相和質量分級》(GB 3323)的Ⅱ級及Ⅱ級以上，二級焊縫評定合格等級應為《鋼熔化焊對接接頭射線照相和質量分級》(GB 3323)的Ⅲ級及Ⅲ級以上。
10 以下情況之一應進行表面檢測:
1）外觀檢查發現裂紋時，應對該批中同類焊縫進行100%的表面檢測；
2）外觀檢查懷疑有裂紋時，應對懷疑的部位進行表面探傷；
3）設計圖紙規定進行表面探傷時；
4）檢查員認為有必要時。
鐵磁性材料應采用磁粉探傷進行表面缺陷檢測。確因結構原因或材料原因不能使用磁粉探傷時，方可采用滲透探傷。磁粉探傷應符合國家現行標準《焊縫磁粉檢驗方法和缺陷磁痕的分級》(JB/T 6061)的規定，滲透探傷應符合國家現行標準《焊縫滲透檢驗方法和缺陷跡痕的分級》(JB/T 6062)的規定。磁粉探傷和滲透探傷的合格標準應符合外觀檢驗的有關規定。
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4 焊接球節點網架焊縫的超聲波探傷方法及缺陷分級應符合國家現行標準JG/T203-2007《鋼結構超聲波探傷及質量分級法》的規定。
5 螺栓球節點網架焊縫的超聲波探傷方法及缺陷分級應符合國家現行標準JG/T203-2007《鋼結構超聲波探傷及質量分級法》的規定。
6 箱形構件隔板電渣焊焊縫無損檢測結果除應符合GB50205-2001標準第7.3.3 條的有關規定外，還應按附錄C 進行焊縫熔透寬度、焊縫偏移檢測。
7 圓管T、K、Y 節點焊縫的超聲波探傷方法及缺陷分級應符合GB50205-2001標準附錄D的規定。
8 設計文件指定進行射線探傷或超聲波探傷不能對缺陷性質作出判斷時，可采用射線探傷進行檢測、驗證。
9 射線探傷應符合現行國家標準《鋼熔化焊對接接頭射線照相和質量分級》(GB 3323)的規定，射線照相的質量等級應符合AB 級的要求。一級焊縫評定合格等級應為《鋼熔化焊對接接頭射線照相和質量分級》(GB 3323)的Ⅱ級及Ⅱ級以上，二級焊縫評定合格等級應為《鋼熔化焊對接接頭射線照相和質量分級》(GB 3323)的Ⅲ級及Ⅲ級以上。
10 以下情況之一應進行表面檢測:
1）外觀檢查發現裂紋時，應對該批中同類焊縫進行100%的表面檢測；
2）外觀檢查懷疑有裂紋時，應對懷疑的部位進行表面探傷；
3）設計圖紙規定進行表面探傷時；
4）檢查員認為有必要時。
鐵磁性材料應采用磁粉探傷進行表面缺陷檢測。確因結構原因或材料原因不能使用磁粉探傷時，方可采用滲透探傷。磁粉探傷應符合國家現行標準《焊縫磁粉檢驗方法和缺陷磁痕的分級》(JB/T 6061)的規定，滲透探傷應符合國家現行標準《焊縫滲透檢驗方法和缺陷跡痕的分級》(JB/T 6062)的規定。磁粉探傷和滲透探傷的合格標準應符合外觀檢驗的有關規定。
展開 鋼結構網架的三種施工方法
因此，對高強度螺栓連接的、用型鋼制作的鋼網架或螺栓球節點的鋼管網架較適宜，目前仍有一些鋼網架用此法施工。
2整體安裝法
整體安裝法就是先將網架在地面上拼裝成整體，然后用起重設備將其整體提升到設計位置上加以固定。這種施工方法不需高大的拼裝支架，高空作業少，易保證焊接質量，但需要的起重量大的起重設備，技術較復雜。因此，此法對球節點的鋼網架（尤其是三向網架等桿件較多的網架）較適宜。根據所用設備的不同，整體安裝法又分為多機抬吊法、拔桿提升法、千斤頂提升法及千斤頂頂升法等。
1、多機抬吊法
此法是用于高度和重量都不大的中、小型網架結構。安裝前先在地面上對網架進行錯位拼裝作業（即拼裝位置與安裝軸線錯開一定距離，以避開柱子的位置）。然后用多臺起重機（多為履帶式起重機或汽車式起重機）將拼裝好的網架整體提升到柱頂以上，在空中移位后落下就位固定。
（1）網架拼裝
為防止網架整體提升時與柱子相碰，錯開的距離取決于網架提升過程中網架與柱子或柱子牛腿之間的凈距，一般不得小于10～l125px，同時要考慮網架拼裝的方便和空中移位時起重機工作的方便。需要時可與設計單位協商，將網架的部分邊緣桿件留待網架提升后再焊接，或變更部分影響網架提升的柱子牛腿。
鋼網架在金屬結構廠加工之后，將單件拼成小單元的平面桁架或立體桁架運到工地，工地拼裝即在拼裝位置將小單元桁架拼成整個網架。網架拼裝的關鍵，是控制好網架框架軸線支座的尺寸（要預放焊接收縮量）和起拱要求。
網架焊接主要是球體與鋼管的焊接。一般采用等強度對接焊，為安全起見，在對焊處增焊6～8mm的貼角焊縫。管壁厚度大于4mm的焊件，接口宜作成坡口。為使對接焊縫均勻和鋼管長度稍可調整，可加用套管。
展開 骨灰級秘籍：隱蔽工程驗收檢查大全!
7、鋼結構工程
【基本要求和內容】
（1）鋼結構工程需要進行隱蔽工程項目驗收的內容有：
1）焊縫；
2）鋼結構涂裝工程涂裝前處理后的鋼材表面、緊固件、螺栓等被覆蓋零部件；
3）每遍涂層；
4）網架結構的支承墊塊、螺栓球節點接縫、多余螺孔封口。
隱蔽工程驗收記錄見質控（建）表4.1.5.3。
（2）焊縫外觀質量尺寸允許偏差、焊縫長度應符合《鋼結構工程施工質量驗收規范》GB50205附錄A及設計要求。
（3）涂裝前鋼材表面不應有焊渣、焊疤、灰塵、油污、水和毛刺等，所有緊固件、螺栓等被覆蓋的零部件的數量、間距、布置方式等應符合設計及有關規范要求。
（4）每遍涂層的次數、厚度應滿足設計及有關規定。
（5）網架結構的支承墊塊的種類、規格、擺放位置和朝向必須符合設計要求和國家有關標準的規定，橡膠墊塊和剛性墊塊之間或不同類型剛墊塊之間不得互換使用。
（6）螺栓球節點應將所有接縫用油膩子填嵌嚴密，并應將多余螺孔封口。
【 核查辦法】
（1）核查上述隱蔽工程的鋼材、焊接材料、緊固件等相關產品的質量證明文件及檢驗報告等。
（2）核查涂料、涂裝遍數、涂層厚度是否均符合設計及有關規范要求。
（3）檢查支承墊塊的種類、規格、擺放位置和朝向是否符合規定。
（4）檢查螺栓球節點是否將所有接縫用油膩子填嵌嚴密并將多余螺栓孔封口。
（5）核查驗收意見是否明確，簽證手續是否齊全。
【 核定原則】
凡發現下列情況之一，本項目核定為“不符合要求”。
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7、鋼結構工程
【基本要求和內容】
（1）鋼結構工程需要進行隱蔽工程項目驗收的內容有：
1）焊縫；
2）鋼結構涂裝工程涂裝前處理后的鋼材表面、緊固件、螺栓等被覆蓋零部件；
3）每遍涂層；
4）網架結構的支承墊塊、螺栓球節點接縫、多余螺孔封口。
隱蔽工程驗收記錄見質控（建）表4.1.5.3。
（2）焊縫外觀質量尺寸允許偏差、焊縫長度應符合《鋼結構工程施工質量驗收規范》GB50205附錄A及設計要求。
（3）涂裝前鋼材表面不應有焊渣、焊疤、灰塵、油污、水和毛刺等，所有緊固件、螺栓等被覆蓋的零部件的數量、間距、布置方式等應符合設計及有關規范要求。
（4）每遍涂層的次數、厚度應滿足設計及有關規定。
（5）網架結構的支承墊塊的種類、規格、擺放位置和朝向必須符合設計要求和國家有關標準的規定，橡膠墊塊和剛性墊塊之間或不同類型剛墊塊之間不得互換使用。
（6）螺栓球節點應將所有接縫用油膩子填嵌嚴密，并應將多余螺孔封口。
【 核查辦法】
（1）核查上述隱蔽工程的鋼材、焊接材料、緊固件等相關產品的質量證明文件及檢驗報告等。
（2）核查涂料、涂裝遍數、涂層厚度是否均符合設計及有關規范要求。
（3）檢查支承墊塊的種類、規格、擺放位置和朝向是否符合規定。
（4）檢查螺栓球節點是否將所有接縫用油膩子填嵌嚴密并將多余螺栓孔封口。
（5）核查驗收意見是否明確，簽證手續是否齊全。
【 核定原則】
凡發現下列情況之一，本項目核定為“不符合要求”。
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冷鐓(冷擠壓)工藝基本概念與鐓鍛率
如線材的切斷、螺母的沖孔、六角頭螺栓的頭部切邊等。
2．鐓粗：使坯件高度縮短、橫截面增加的加工方法，如螺母的鐓球、螺栓頭部成型的預鐓、精鐓等。
3．正擠壓：坯件在冷鐓壓中，坯件在下模中變形時，金屬的流動方向與上模的運動方向一致。冷鐓螺栓、圓柱頭內六角螺釘中的粗桿縮徑就是一種正擠壓。如強束(桿)。
4．反擠壓：坯件在變形中，金屬的流動方向與上模的運動方向相反。圓柱頭內六角螺釘頭部成形就屬反擠壓。如拉深(孔)。
5．復合擠壓：坯件在變形中金屬的流動方向一部分與上模的運動方向相同，一部分又相反。即變形中既存在正擠壓，也存在反擠壓。如圓柱頭內六角螺釘在同一工位變形中既有桿部縮徑（正擠壓）又有頭部成型（反擠壓）。
◆冷鐓(冷擠壓)變形程度
1．變形程度
是指坯料被鐓鍛部分長度在鐓鍛終了的壓縮量與原始高度的比值，或者坯料截面積在鐓鍛終了截面積的增加量與原始橫截面的比值。
2．變形程度的表示方法
◇第一種方法用鐓鍛比(S),如下圖所示。
即：S=h0/d0
式中：h0——被鐓鍛部分的原始高度
d0——被鐓鍛部分的原始直徑
鐓鍛比可以確定鐓鍛的難易，鐓鍛比愈小，變形量愈小，變形更容易。鐓鍛比愈大，變形愈難，金屬纖維流動不規則，有的纖維被折曲，形成縱向彎曲現象。如下圖所示：
◇第二種方法用鐓鍛率（ε）
式中 ho、Fo——鐓鍛前頭部材料的原始高度、橫截面積
h、F——鐓鍛后工件的高度、橫截面積
3．許用變形程度
當冷鐓變形程度超過金屬本身的變形限度時，變形的工件側面會出現裂紋，而造成不良品，其模具使用強度也會受到影響，降低使用壽命，嚴重時可使模具開裂而損壞。
金屬的許用變形程度與金屬本身的塑性有關，塑性好的金屬，許用變形程度要高于塑性較差的金屬。
展開 乘用車前擺臂和副車架的強度分析及優化
實際的物理連接方式一般有焊接、鉚接和螺栓連接等，每種連接都有各自的特點，在有限元軟件中的模擬方式也各不相同[7]。在本文中，前擺臂和副車架的裝配以剛性連接為主，兼之還有螺栓連接、球鉸等。
1.2.1焊接的模擬
由于前擺臂和副車架的強度和剛度都比較大，可采用沒有任何屬性的剛性節點對其進行模擬，為保證精度，最好在每個單元節點建立剛性節點。焊縫之間采用一維剛性單元模擬采用點對點連接方式,并約束6個方向的自由度，部分剛性連接如圖4所示。
圖4 部分剛性連接
1.2.2螺栓的模擬
在本文中，螺栓連接采用的是點對點連接方式, 并約束6個方向的自由度，將螺栓的兩端邊緣的節點進行連接，部分螺栓連接如圖5所示。
圖5 部分螺栓連接
1.2.3球鉸的模擬
球鉸由兩個部分組成：球與球殼。球鉸只允許兩部分繞公共的球心相對轉動，限制它們第三方向的相對移動。本文中球鉸連接的方法為約束6個方向的自由度，分別對球與球殼進行連接，如圖6a、圖6b所示；接著使用點對點的連接方式，并只約束移動自由度，對剛建立連接的球與球殼的中心點進行連接，如圖6c所示，最后對建立聯系的球與球殼的中心點在中點進行合并，如圖6d所示。
由于前擺臂和副車架的主體為平薄板狀結構，故選取邊長為8mm的四邊形單元劃分網格，部分位置采用三角形單元、剛性單元及梁單元等[8]。該前擺臂和副車架系統有限元模型共有30580個節點，29489個單元，其中，三角形殼單元2029個，四邊形殼單元27460個，三角形單元所占比例為6.9%，網格質量較好。前擺臂和副車架有限元模型如圖7所示。
展開 緊固件冷鐓成型工藝，一文搞懂！
從生產和使用角度看，頭部平頂的六角頭螺栓，要占總量的90%以上。頭部帶凹穴的螺栓，由于頭部直接冷鐓（壓）成形，對線材塑性要求高，六角棱邊充滿差，常呈禿角，在扳擰使用中容易打滑，這點在設備自動裝配線上反映更敏感，客觀上限制了這種頭型螺栓的生產。
