專(zhuān)利名稱(chēng)：矩形鋼管焊接球節(jié)點(diǎn)的承載力計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及矩形鋼管焊接球節(jié)點(diǎn)的承載力計(jì)算方法，屬于結(jié)構(gòu)工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
焊接球節(jié)點(diǎn)是具有我國(guó)特色的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)形式，也是目前我國(guó)空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中 應(yīng)用最為廣泛的節(jié)點(diǎn)形式之一。目前關(guān)于焊接球節(jié)點(diǎn)受力性能與承載能力的研究均針對(duì)配 合圓鋼管的節(jié)點(diǎn)，我國(guó)的《網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》(JGJ7-91)、《網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》 (JGJ61-2003)也給出了圓鋼管焊接球節(jié)點(diǎn)在軸力作用下的承載力計(jì)算公式，廣泛應(yīng)用于空 間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
焊接球節(jié)點(diǎn)不僅便于連接圓鋼管桿件，也可方便地用于連接其他類(lèi)型的桿件，如在現(xiàn) 代空間結(jié)構(gòu)工程中應(yīng)用日益增多的矩形鋼管桿件。但對(duì)配合矩形鋼管的焊接球節(jié)點(diǎn)，目前 國(guó)內(nèi)外都沒(méi)有可供工程設(shè)計(jì)采用的承載力計(jì)算方法。
在傳統(tǒng)形式的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)(如雙層平板網(wǎng)架)中，結(jié)構(gòu)桿件往往以軸力為主，但隨 著各種新型空間結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，結(jié)構(gòu)受力越來(lái)越復(fù)雜，結(jié)構(gòu)桿件除了承受軸力還可能承受很 大的彎矩。如國(guó)家游泳中心"水立方"結(jié)構(gòu)所采用的新型多面體空間剛架結(jié)構(gòu)中，部分桿 件彎矩所產(chǎn)生的應(yīng)力甚至達(dá)到總應(yīng)力的80%以上。因此對(duì)于矩形鋼管焊接球節(jié)點(diǎn)，不僅需 要了解其軸力作用下的承載力，還需要了解軸力和彎矩共同作用下的承載能力。
另一方面，實(shí)際結(jié)構(gòu)中的桿件往往在其兩個(gè)主平面內(nèi)均作用有彎矩，即承受雙向彎矩。 對(duì)于圓鋼管，由于截面無(wú)方向性，兩個(gè)方向的彎矩總可以合成為單向彎矩；但對(duì)于矩形鋼 管，雙向彎矩必須分別考慮。因此承受彎矩作用時(shí)矩形鋼管焊接球節(jié)點(diǎn)承載力的計(jì)算比圓 鋼管焊接球節(jié)點(diǎn)復(fù)雜得多。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供矩形鋼管焊接球節(jié)點(diǎn)的承載力計(jì)算方法，包括軸力作用下的承 載力計(jì)算方法以及軸力與彎矩共同作用下的承載力計(jì)算方法，其中的彎矩作用包括單向彎
矩(彎矩只作用在矩形鋼管的一個(gè)主平面)和雙向彎矩(彎矩作用在矩形鋼管的兩個(gè)主平 面)兩種情況。本發(fā)明的特征在于，所述方法是由計(jì)算機(jī)依次按以下步驟實(shí)現(xiàn)的 步驟(1)，向計(jì)算機(jī)輸入以下參數(shù)鋼材抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值/，
矩形鋼管邊長(zhǎng)fl (x平面)和6 (少平面)，
焊接球節(jié)點(diǎn)的空心球的外徑測(cè)量值"以及空心球的壁厚測(cè)量值^ 步驟(2)，根據(jù)步驟(1)輸入的各參數(shù)值，計(jì)算機(jī)判定屬于軸力作用下矩形鋼管焊接
球節(jié)點(diǎn)的承載力計(jì)算，按下式計(jì)算節(jié)點(diǎn)承載力A^:
0.3 + 0.57-
步驟(3)，計(jì)算機(jī)若判定在步驟(1)中同時(shí)還輸入了軸力iV的測(cè)量值以及x平面內(nèi)的 單向彎矩M的測(cè)量值，則屬于軸力與彎矩共同作用下矩形鋼管焊接球節(jié)點(diǎn)承載力的計(jì)算，
則按下式計(jì)算承載力
<formula>formula see original document page 5</formula>
步驟(3.1)，若A^.
<formula>formula see original document page 5</formula>
則節(jié)點(diǎn)承載力^=仏<formula>formula see original document page 5</formula>
其中，彎矩作用影響系數(shù)^=-<formula>formula see original document page 5</formula>
步驟(3.2)，若^<-
<formula>formula see original document page 5</formula>
則節(jié)點(diǎn)承載力&=77,
<formula>formula see original document page 5</formula>
其中，"A<formula>formula see original document page 5</formula>
步驟(4)，計(jì)算機(jī)若判定在步驟(1)中還有矩形鋼管;c、少兩個(gè)平面內(nèi)的彎矩M,、
的測(cè)量值輸入，則屬于雙向彎矩作用下矩形鋼管焊接球節(jié)點(diǎn)承載力的計(jì)算，則按下式計(jì)算 承載力Ww :
0.3 + 0.57-
其中，^為雙向彎矩作用影響系數(shù):<formula>formula see original document page 5</formula><formula>formula see original document page 6</formula>
/^為把合成彎矩M-^/i^+M^作用于;c平面時(shí)計(jì)算得到的雙向彎矩作用影響系數(shù)， 按步驟(3.1)、 (3.2)所述方法求出，
;^為把合成彎矩M-^/A^+M;作用于;;平面時(shí)計(jì)算得到的雙向彎矩作用影響系數(shù)，
按步驟(3.1)、 (3.2)所述方法計(jì)算，但公式中的a、 6互換，<formula>formula see original document page 6</formula>
本發(fā)明提出的軸力作用、軸力和單向彎矩共同作用下矩形鋼管焊接球節(jié)點(diǎn)的承載力計(jì)算 方法是建立在簡(jiǎn)化理論解、非線(xiàn)性有限元參數(shù)分析和試驗(yàn)研究結(jié)果的基礎(chǔ)之上的，軸力與雙 向彎矩共同作用下的承載力計(jì)算方法則是以合成彎矩分別作用于兩個(gè)主平面時(shí)的承載力為基 礎(chǔ)的線(xiàn)性插值方法。本發(fā)明提出的矩形鋼管焊接球節(jié)點(diǎn)承載力計(jì)算方法計(jì)算簡(jiǎn)單，并具有明
確的物理意義。該方法可為該類(lèi)節(jié)點(diǎn)的可靠設(shè)計(jì)提供保證，已在為2008北京奧運(yùn)會(huì)而興建的 國(guó)家游泳中心"水立方"結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中得到成功應(yīng)用；同時(shí)，該方法還拓展了焊接球節(jié)點(diǎn)的 應(yīng)用范圍，可促進(jìn)焊接球節(jié)點(diǎn)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用，并豐富空間結(jié)構(gòu)剛性節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)理論。


圖1為本發(fā)明的矩形鋼管節(jié)點(diǎn)承受軸力和雙向彎矩時(shí)合成彎矩的示意圖。 圖2為本發(fā)明的矩形鋼管節(jié)點(diǎn)承受軸力和雙向彎矩時(shí)、合成彎矩作用于邊長(zhǎng)a所在平面 的示意圖。
圖3為本發(fā)明的矩形鋼管節(jié)點(diǎn)承受軸力和雙向彎矩時(shí)、合成彎矩作用于邊長(zhǎng)6所在平面 的示意圖。
圖中l(wèi)一矩形鋼管邊長(zhǎng)a， 2—矩形鋼管邊長(zhǎng)6， 3—軸力JV, 4—合成彎矩A/, 5—合成 彎矩的彎矩作用角0。
圖4為本發(fā)明的矩形鋼管焊接球節(jié)點(diǎn)的承載力計(jì)算方法設(shè)計(jì)過(guò)程圖。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)一個(gè)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
某焊接球節(jié)點(diǎn)，外徑D-500mm，壁厚^20mm,采用Q235鋼材，/= 215N/mm2,所 連接的矩形鋼管邊長(zhǎng)ax— 300mmx200mm (A-a/6-1.5)，矩形鋼管與焊接球相連的桿端同
時(shí)作用有軸力AT和單向彎矩Af (彎矩作用在矩形鋼管300mm邊長(zhǎng)所在的平面內(nèi))，且偏心距 為e-MW-60mm。該節(jié)點(diǎn)的承載力確定如下。
(1)計(jì)算確定僅承受軸力時(shí)矩形鋼管焊接球節(jié)點(diǎn)承載力iV,<formula>formula see original document page 7</formula>
(2)本例為承受單向彎矩作用，因此由步驟(3)計(jì)算彎矩作用影響系數(shù)仏<formula>formula see original document page 7</formula>
(3)計(jì)算確定軸力和彎矩共同作用下矩形鋼管焊接球節(jié)點(diǎn)的承載力A^<formula>formula see original document page 7</formula>
因此，該焊接球節(jié)點(diǎn)的承載力為1743.52kNc
權(quán)利要求
1. 矩形鋼管焊接球節(jié)點(diǎn)的承載力計(jì)算方法，其特征在于，所述方法是由計(jì)算機(jī)依次按以下步驟實(shí)現(xiàn)的步驟(1)，向計(jì)算機(jī)輸入以下參數(shù)鋼材抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f，矩形鋼管邊長(zhǎng)a(x平面)和b(y平面)，焊接球節(jié)點(diǎn)的空心球的外徑測(cè)量值D以及空心球的壁厚測(cè)量值t；步驟(2)，根據(jù)步驟(1)輸入的各參數(shù)值，計(jì)算機(jī)判定屬于軸力作用下矩形鋼管焊接球節(jié)點(diǎn)的承載力計(jì)算，按下式計(jì)算節(jié)點(diǎn)承載力NR
全文摘要
本發(fā)明涉及一種矩形鋼管焊接球節(jié)點(diǎn)的承載力計(jì)算方法，屬于結(jié)構(gòu)工程技術(shù)領(lǐng)域。其特征是，該計(jì)算方法包括軸力作用下的承載力計(jì)算方法以及軸力與彎矩共同作用下的承載力計(jì)算方法，其中的彎矩作用包括單向彎矩和雙向彎矩(彎矩作用在矩形鋼管的兩個(gè)主平面)兩種情況。軸力和彎矩共同作用下矩形鋼管焊接球節(jié)點(diǎn)的承載力可在軸力承載力的基礎(chǔ)上考慮彎矩作用影響系數(shù)計(jì)算確定。本發(fā)明為該類(lèi)節(jié)點(diǎn)的可靠設(shè)計(jì)提供保證，已在為2008北京奧運(yùn)會(huì)而興建的國(guó)家游泳中心“水立方”結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中得到成功應(yīng)用；同時(shí)，該方法還拓展了焊接球節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用范圍，可促進(jìn)焊接球節(jié)點(diǎn)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用，并豐富空間結(jié)構(gòu)剛性節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)理論。
文檔編號(hào)G06F17/50GK101295329SQ20081009401
公開(kāi)日2008年10月29日 申請(qǐng)日期2008年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月23日
發(fā)明者傅學(xué)怡, 董石麟, 陽(yáng) 趙 申請(qǐng)人:浙江大學(xué);中建國(guó)際(深圳)設(shè)計(jì)顧問(wèn)有限公司