[发明专利]一种索穹顶结构的支座节点及加工方法

说明书

本发明公开了一种索穹顶结构的支座节点及加工方法，包括：使用三维机械设计软件对原始节点模型进行建模并获得第一文件；将第一文件导入有限元分析软件中进行拓扑优化，最后将拓扑优化结果进行刻面修复与合并，得到具有拓扑优化结果的第二文件；将第二文件导入到即时仿真软件中对优化结果进行快速光顺化处理；使用消失模制作节点的外部轮廓，填平节点模型中的孔特征，得到泡沫模型；将泡沫模型涂刷醇基涂料，填入有机酯水玻璃砂造砂型；将泡沫模型破坏气化形成空腔，将型芯下入，涂刷涂料后合箱浇注。采用该加工方法制作的支座节点，减小了节点的自重，提高了节点的安全性与稳定性；同时，该支座节点传力路线明确，受力形式合理。

技术领域

本发明属于建筑工程技术领域，具体是一种用于索穹顶结构的支座节点及加工方法。

背景技术

索穹顶结构是一种结构效率极高的全张力体系，因其结构轻盈、构思巧妙、受力合理并且能够覆盖超大空间等优点备受工程师们的喜爱，是近年来国内外空间结构研究的热点之一。支座节点是索穹顶结构的重要组成部分，因为索穹顶结构在支座节点处连接多根拉索，且处于同一节点的拉索较多、应力较大，如果节点破坏必然导致整个结构的失效。因此同时具备力学性能好、重量轻且安全可靠的支座节点，对确保索穹顶结构的安全度、制造安装、工程进度、用钢指标以及工程造价都有直接影响。目前，为了避免了焊缝的残余应力，使得结构更加安全，索穹顶结构支座节点大多数为铸钢节点，但是在实际的工程设计中，大多数节点依然是工程师从经验研发，先设计出一个模型，然后经历验证分析，再优化调整的循环往复过程，这种方法不仅耗时费力，而且最终结果通常达不到理想状态，支座节点应力依旧分布不均，自重依然较大，影响结构的安全稳定性，同时也增加了现场的安装难度。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种在保留原有性能指标的基础上，使索穹顶支座节点极大的减小自重并且受力均匀，更好的应用到索穹顶结构中的支座节点加工方法。

为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种索穹顶结构的支座节点加工方法，包括：

S1、使用三维机械设计软件对原始节点模型进行建模并获得第一文件，其中，原始节点模型包括支座本体、底板以及耳板，所述支座本体为圆柱形，所述底板与所述支座本体的底端相连接，所述耳板垂直于所述支座本体的外圆柱面，所述耳板上设有圆孔；

S2、将第一文件导入有限元分析软件中进行拓扑优化，首先建立材料属性并赋予参数数值，对边界条件进行设置，设置支座底板为固定约束，每个耳板圆孔面作用500kN的集中力，方向沿着耳板上边缘线方向；然后设置优化区域体积保存13%进行拓扑优化，最后将拓扑优化结果进行刻面修复与合并，得到具有拓扑优化结果的第二文件；

S3、将第二文件导入到即时仿真软件中对优化结果进行快速光顺化处理，获得具有最终节点模型的第三文件；

S4、根据第三文件，使用消失模制作节点的外部轮廓，而空心腔体和螺纹孔则另外用木模制成型芯，完成型芯后，填平节点模型中的孔特征，得到节点模型的整体泡沫模型；

S5、将没有空腔的泡沫模型涂刷醇基涂料，填入有机酯水玻璃砂造砂型；

S6、砂型振动紧实并硬化完全后，将砂型中的泡沫模型破坏气化形成空腔，这时将木模制作的型芯下入，涂刷涂料后合箱浇注；

S7、开箱后的铸件再经热处理，探伤及尺寸测量。

进一步地，S1中，三维机械设计软件为SolidWorks软件。

进一步地，S1中，所述支座本体直径为720mm，高度为1000mm，所述底板为1000×1000×10mm的正方形钢板。

进一步地，所述耳板设有三个，其中，处于两侧的两个耳板固定连接于所述支座本体的上部并高度相同；处于中间的耳板连接于所述支座本体的下部，倾斜向下并与两侧的耳板倾斜方向相反。