自升式鉆井平臺節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)起草工作

主要起草單位：中國船舶重工集團(tuán)公司第七〇四研究所、大連船舶重工集團(tuán)有限公司。

主要起草人：王欣、史琪琪、劉祥建、張萍、陸巧云、于聰、劉健。 2100433B

2019年3月25日，《自升式鉆井平臺節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)》發(fā)布。

2019年10月1日，《自升式鉆井平臺節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)》實(shí)施。

結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的位置大致位于結(jié)構(gòu)支承點(diǎn)或接合點(diǎn)，接續(xù)的方式常見的有以下幾種：

結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)滾接

滾動(dòng)接觸理論是研究相互接觸的物體之間相對運(yùn)動(dòng)、相互作用以及由此引起的彈塑性變形、磨損失效等問題的重要學(xué)科分支，滾動(dòng)接觸理論正是在輪軌和滾動(dòng)軸承接觸問題的迫切需求下逐步完善并成固體力學(xué)的重要組成部分。

滾動(dòng)接觸問題的系統(tǒng)研究始于輪軌接觸問題的研究，當(dāng)前常用的滾動(dòng)接觸問題解決方法多來自輪軌接觸研究領(lǐng)域。輪軌接觸、滾動(dòng)軸承、齒輪、摩擦式無級變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)仍然是接觸力學(xué)和滾動(dòng)接觸理論的重要應(yīng)用領(lǐng)域。

由于滾動(dòng)接觸問題的系統(tǒng)研究始于輪軌接觸問題的研究，當(dāng)前常用的滾動(dòng)接觸問題解決方法多來自輪軌接觸研究領(lǐng)域，因此，下面主要介紹輪軌滾動(dòng)接觸理論。輪軌滾動(dòng)接觸理論（theory of wheel-rail rolling contact）研究輪軌滾動(dòng)接觸行為的理論。輪軌滾動(dòng)接觸理論是研究列車運(yùn)行時(shí)，輪軌相對運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和接觸斑上作用力的關(guān)系。接觸斑上的作用力包括其大小、方向和分布。

接觸理論的創(chuàng)始人是Hertz Heinrich，1882年他在德國一家雜志上發(fā)表了具有開創(chuàng)性的論文“論彈性固體的接觸”。他對接觸問題的研究起因于對玻璃間光學(xué)干涉的試驗(yàn)，兩個(gè)軸線成45°的圓柱形玻璃透鏡受壓后發(fā)生彈性變形，從彈性變形對干涉條紋圖像存在的影響提出了接觸壓力呈橢圓形分布的假設(shè)。這一結(jié)論一直在鐵路輪軌、齒輪、軸承等工業(yè)的發(fā)展中起著重要的作用。實(shí)際上Hertz理論作了如下簡化：接觸物體被看作彈性無限半空間，接觸載荷僅僅作用在平面上一個(gè)小的橢圓區(qū)域上，接觸體內(nèi)在接觸區(qū)附近應(yīng)力分布是高度集中的，并和物體接觸區(qū)附近的幾何尺寸有關(guān)。這就要求接觸區(qū)幾何尺寸遠(yuǎn)小于物體的幾何特征尺寸和接觸區(qū)附近的曲率半徑。Hertz在研究中，又假設(shè)接觸表面是光滑的，無摩擦效應(yīng)，接觸物體表面僅傳遞法向力。Hertz接觸理論為后來的接觸理論及滾動(dòng)接觸理論的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。

這屬于靜態(tài)接觸問題，但是鐵路車輪在軌道上運(yùn)動(dòng)屬于滾動(dòng)接觸問題，其研究比靜態(tài)接觸研究復(fù)雜。

結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)鉸接

鉸接，指用鉸鏈連接。常用在機(jī)器、車輛、門窗、器物的兩個(gè)部分的裝置或零件的連接 ，如鉸接式無軌電車、鉸接式貨車、鉸接式客車。人們常見的門扇和門框是連接在一起的，所以它們是不可以分離的，但它們還是可以具有有條件的相對運(yùn)動(dòng)。這主要是連接它們的鉸鏈?zhǔn)顾鼈兙哂虚T扇和門框的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的。后來人們就把具有門扇和門框的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的連接叫做鉸接。鉸接在力學(xué)分析中以及實(shí)際工程中得到廣泛的應(yīng)用。

塑性設(shè)計(jì)的框架要求塑性鉸部位有一定轉(zhuǎn)動(dòng)能力，以便后續(xù)的內(nèi)力重分布能夠出現(xiàn)。

1.剛性連接這種構(gòu)造假定梁柱連接有足夠的剛性，梁柱間無相對轉(zhuǎn)動(dòng)，連接能承受彎矩。鉸支連接這種構(gòu)造假定結(jié)構(gòu)承受重力荷載時(shí)，主梁和柱之間只傳遞垂直剪力，不傳遞彎矩。這種連接可以不受約束的轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.在鋼結(jié)構(gòu)框架的傳統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)中，為簡化分析設(shè)計(jì)過程，梁柱連接被認(rèn)作理想的鉸接連接或完全的剛性連接，并且認(rèn)為：連接對轉(zhuǎn)動(dòng)約束達(dá)到理想剛接的90%以上，可視為剛接；在外力作用下，柱梁軸線夾角的改變量達(dá)到理想鉸接的80%以上的連接視為鉸接。采用理想鉸接的假定，將意味著梁與柱之間沒有彎矩的傳遞，就轉(zhuǎn)動(dòng)而論，用鉸連在一起的梁和柱將相互獨(dú)立地轉(zhuǎn)動(dòng).

能抵抗彎矩作用的柱腳稱為剛接柱腳，相反不能抵抗彎矩作用的柱腳稱為鉸接柱腳，剛接與鉸接的區(qū)別在于是否能傳遞彎矩，從實(shí)際上看，如果錨栓在翼緣的外側(cè)，就是剛接，而且一般不少于四個(gè)，如果在翼緣內(nèi)側(cè)，就是鉸接，一般為兩個(gè)或四個(gè)。

這兩種柱腳很明顯的區(qū)別就是對側(cè)移控制，如果結(jié)構(gòu)對側(cè)移控制較嚴(yán)，則采用剛接柱腳，例如有吊車荷載的情況，吊車荷載是動(dòng)力荷載，對側(cè)移比較敏感，而且側(cè)移過大會(huì)造成吊車卡軌現(xiàn)象，此時(shí)應(yīng)把柱腳設(shè)計(jì)成剛接柱腳。

結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)剛接

剛接是指構(gòu)件與構(gòu)件之間既能傳遞垂直和水平作用，又能傳遞轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的連接方式。剛接時(shí)構(gòu)件與構(gòu)件之間的作用力可分解為垂直力、水平力和彎矩。

外圍約束構(gòu)件處于被動(dòng)受力狀態(tài)，僅與內(nèi)核構(gòu)件發(fā)生側(cè)向接觸之后才發(fā)揮作用。剛接邊界條件下內(nèi)核構(gòu)件端彎矩的存在，使得內(nèi)核構(gòu)件與外圍約束構(gòu)件的接觸狀態(tài)發(fā)生改變，這是外圍約束構(gòu)件受力狀態(tài)發(fā)生改變的根本原因。內(nèi)核構(gòu)件與外圍約束構(gòu)件的端部接觸點(diǎn)可視作外圍約束構(gòu)件發(fā)生側(cè)向彎曲的支承點(diǎn)，剛接邊界條件下端部負(fù)彎矩使得內(nèi)核構(gòu)件與外圍約束構(gòu)件的端部接觸點(diǎn)離端部更遠(yuǎn)，故外圍約束構(gòu)件支承點(diǎn)間距離相對較短，側(cè)向變形更小，因此具有更好的受力性能。

精細(xì)有限元分析結(jié)果表明，3 個(gè)模型在加載過程中均保持穩(wěn)定承載力，而具有相同幾何尺寸的兩端鉸接模型則發(fā)生外伸屈服段破壞或因端部附加偏心距過大而出現(xiàn)整體破壞，說明剛接邊界條件能有效防止外伸屈服段出現(xiàn)過大的側(cè)向變形，對防屈曲支撐整體受力性能更為有利。

2019年3月25日，《自升式鉆井平臺樁腿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指南》發(fā)布。

2019年10月1日，《自升式鉆井平臺樁腿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指南》實(shí)施。

結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)（Architectural structure），是建筑學(xué)對各種結(jié)構(gòu)形式的稱謂，一般而言還包含這些結(jié)構(gòu)形式涵蓋或衍生的行為。結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在建筑領(lǐng)域的功能，是不同于土木工程或機(jī)械工程等領(lǐng)域上的，因?yàn)榻ㄖ衅渌囆g(shù)意義，所以需由建筑美學(xué)為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)系統(tǒng)系輔助達(dá)成美學(xué)目的的元素，同時(shí)兼具力學(xué)功用；但亦有許多出色的建筑案例，是由于力學(xué)原理的合諧性，進(jìn)而導(dǎo)引出建筑設(shè)計(jì)的概念；所以結(jié)合美學(xué)與力學(xué)，為建筑與結(jié)構(gòu)之共同目標(biāo)。 建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)是建筑設(shè)計(jì)得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)和前提，是建筑產(chǎn)品得以存在的先決條件。但是其表現(xiàn)形式往往淡出人們的視線之外。因?yàn)槠涔δ軉我?，思維簡單是人們的普遍看法，但要具體實(shí)施需要很深厚的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)。

建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)主要研究的范圍有：

1. 結(jié)構(gòu)元素：包括結(jié)構(gòu)的支承、構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)三種元素，他們的材料、構(gòu)成方式和互相作用關(guān)系。

2. 力的傳遞：研究外內(nèi)力在構(gòu)件中的傳遞、抵抗、變位、變形等行為，藉以表達(dá)建筑的律動(dòng)感、調(diào)和或刻意呈現(xiàn)力學(xué)矛盾。

3. 特殊構(gòu)造：包含在前二項(xiàng)范圍內(nèi)的一些特殊構(gòu)造，有時(shí)也會(huì)特別提出探討，如早期的拱結(jié)構(gòu)、懸索結(jié)構(gòu)等，或是近代廣泛討論的薄殼結(jié)構(gòu)、薄膜結(jié)構(gòu)等。

4. 避免災(zāi)難：由于近代建筑有巨大化的趨勢，部分結(jié)構(gòu)系統(tǒng)學(xué)者，開始針對自然橫力如：地震力、風(fēng)力等進(jìn)行研究，主要著眼于增加建筑物之韌性，及消減建筑物與橫力的共振這幾方面。

結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)材料力學(xué)

材料力學(xué)(mechanics of materials)是研究材料在各種外力作用下產(chǎn)生的應(yīng)變 、應(yīng)力、強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定和導(dǎo)致各種材料破壞的極限。一般是機(jī)械工程和土木工程以及相關(guān)專業(yè)的大學(xué)生必須修讀的課程，學(xué)習(xí)材料力學(xué)一般要求學(xué)生先修高等數(shù)學(xué)和理論力學(xué)。材料力學(xué)與理論力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)并稱三大力學(xué)。材料力學(xué)的研究對象主要是棒狀材料，如桿、梁、軸等。對于桁架結(jié)構(gòu)的問題在結(jié)構(gòu)力學(xué)中討論，板殼結(jié)構(gòu)的問題在彈性力學(xué)中討論。

固體力學(xué)的一個(gè)分支，研究結(jié)構(gòu)構(gòu)件和機(jī)械零件承載能力的基礎(chǔ)學(xué)科。其基本任務(wù)是：將工程結(jié)構(gòu)和機(jī)械中的簡單構(gòu)件簡化為一維桿件，計(jì)算桿中的應(yīng)力、變形并研究桿的穩(wěn)定性，以保證結(jié)構(gòu)能承受預(yù)定的載荷；選擇適當(dāng)?shù)牟牧稀⒔孛嫘螤詈统叽?，以便設(shè)計(jì)出既安全又經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件和機(jī)械零件。

在結(jié)構(gòu)承受載荷或機(jī)械傳遞運(yùn)動(dòng)時(shí)，為保證各構(gòu)件或機(jī)械零件能正常工作，構(gòu)件和零件必須符合如下要求：①不發(fā)生斷裂，即具有足夠的強(qiáng)度；②構(gòu)件所產(chǎn)生的彈性變形應(yīng)不超出工程上允許的范圍，即具有足夠的剛度；③在原有形狀下的平衡應(yīng)是穩(wěn)定平衡，也就是構(gòu)件不會(huì)失去穩(wěn)定性。對強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性這三方面的要求，有時(shí)統(tǒng)稱為“強(qiáng)度要求”，而材料力學(xué)在這三方面對構(gòu)件所進(jìn)行的計(jì)算和試驗(yàn)，統(tǒng)稱為強(qiáng)度計(jì)算和強(qiáng)度試驗(yàn)。

為了確保設(shè)計(jì)安全，通常要求多用材料和用高質(zhì)量材料；而為了使設(shè)計(jì)符合經(jīng)濟(jì)原則，又要求少用材料和用廉價(jià)材料。材料力學(xué)的目的之一就在于為合理地解決這一矛盾，為實(shí)現(xiàn)既安全又經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)和計(jì)算方法。2100433B