專利名稱：矩形鋼管焊接球節點的承載力計算方法
技術領域：
本發明涉及矩形鋼管焊接球節點的承載力計算方法，屬于結構工程技術領域。
背景技術：
焊接球節點是具有我國特色的空間網格結構節點形式，也是目前我國空間網格結構中 應用最為廣泛的節點形式之一。目前關于焊接球節點受力性能與承載能力的研究均針對配 合圓鋼管的節點，我國的《網架結構設計與施工規程》(JGJ7-91)、《網殼結構技術規程》 (JGJ61-2003)也給出了圓鋼管焊接球節點在軸力作用下的承載力計算公式，廣泛應用于空 間網格結構的設計。
焊接球節點不僅便于連接圓鋼管桿件，也可方便地用于連接其他類型的桿件，如在現 代空間結構工程中應用日益增多的矩形鋼管桿件。但對配合矩形鋼管的焊接球節點，目前 國內外都沒有可供工程設計采用的承載力計算方法。
在傳統形式的空間網格結構(如雙層平板網架)中，結構桿件往往以軸力為主，但隨 著各種新型空間結構的出現，結構受力越來越復雜，結構桿件除了承受軸力還可能承受很 大的彎矩。如國家游泳中心"水立方"結構所采用的新型多面體空間剛架結構中，部分桿 件彎矩所產生的應力甚至達到總應力的80%以上。因此對于矩形鋼管焊接球節點，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，實際結構中的桿件往往在其兩個主平面內均作用有彎矩，即承受雙向彎矩。 對于圓鋼管，由于截面無方向性，兩個方向的彎矩總可以合成為單向彎矩；但對于矩形鋼 管，雙向彎矩必須分別考慮。因此承受彎矩作用時矩形鋼管焊接球節點承載力的計算比圓 鋼管焊接球節點復雜得多。
發明內容
本發明的目的在于提供矩形鋼管焊接球節點的承載力計算方法，包括軸力作用下的承 載力計算方法以及軸力與彎矩共同作用下的承載力計算方法，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主平面)和雙向彎矩(彎矩作用在矩形鋼管的兩個主平 面)兩種情況。本發明的特征在于，所述方法是由計算機依次按以下步驟實現的 步驟(1)，向計算機輸入以下參數鋼材抗拉強度設計值/，
矩形鋼管邊長fl (x平面)和6 (少平面)，
焊接球節點的空心球的外徑測量值"以及空心球的壁厚測量值^ 步驟(2)，根據步驟(1)輸入的各參數值，計算機判定屬于軸力作用下矩形鋼管焊接
球節點的承載力計算，按下式計算節點承載力A^:
0.3 + 0.57-
步驟(3)，計算機若判定在步驟(1)中同時還輸入了軸力iV的測量值以及x平面內的 單向彎矩M的測量值，則屬于軸力與彎矩共同作用下矩形鋼管焊接球節點承載力的計算，
則按下式計算承載力
<formula>formula see original document page 5</formula>
步驟(3.1)，若A^.
<formula>formula see original document page 5</formula>
則節點承載力^=仏<formula>formula see original document page 5</formula>
其中，彎矩作用影響系數^=-<formula>formula see original document page 5</formula>
步驟(3.2)，若^<-
<formula>formula see original document page 5</formula>
則節點承載力&=77,
<formula>formula see original document page 5</formula>
其中，"A<formula>formula see original document page 5</formula>
步驟(4)，計算機若判定在步驟(1)中還有矩形鋼管;c、少兩個平面內的彎矩M,、
的測量值輸入，則屬于雙向彎矩作用下矩形鋼管焊接球節點承載力的計算，則按下式計算 承載力Ww :
0.3 + 0.57-
其中，^為雙向彎矩作用影響系數:<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平面時計算得到的雙向彎矩作用影響系數， 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;;平面時計算得到的雙向彎矩作用影響系數，
按步驟(3.1)、 (3.2)所述方法計算，但公式中的a、 6互換，<formula>formula see original document page 6</formula>
本發明提出的軸力作用、軸力和單向彎矩共同作用下矩形鋼管焊接球節點的承載力計算 方法是建立在簡化理論解、非線性有限元參數分析和試驗研究結果的基礎之上的，軸力與雙 向彎矩共同作用下的承載力計算方法則是以合成彎矩分別作用于兩個主平面時的承載力為基 礎的線性插值方法。本發明提出的矩形鋼管焊接球節點承載力計算方法計算簡單，并具有明
確的物理意義。該方法可為該類節點的可靠設計提供保證，已在為2008北京奧運會而興建的 國家游泳中心"水立方"結構的設計中得到成功應用；同時，該方法還拓展了焊接球節點的 應用范圍，可促進焊接球節點的進一步推廣應用，并豐富空間結構剛性節點的設計理論。
圖1為本發明的矩形鋼管節點承受軸力和雙向彎矩時合成彎矩的示意圖。 圖2為本發明的矩形鋼管節點承受軸力和雙向彎矩時、合成彎矩作用于邊長a所在平面 的示意圖。
圖3為本發明的矩形鋼管節點承受軸力和雙向彎矩時、合成彎矩作用于邊長6所在平面 的示意圖。
圖中l一矩形鋼管邊長a， 2—矩形鋼管邊長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為本發明的矩形鋼管焊接球節點的承載力計算方法設計過程圖。
具體實施例方式
下面通過一個實施例對本發明進行詳細說明。
某焊接球節點，外徑D-500mm，壁厚^20mm,采用Q235鋼材，/= 215N/mm2,所 連接的矩形鋼管邊長ax— 300mmx200mm (A-a/6-1.5)，矩形鋼管與焊接球相連的桿端同
時作用有軸力AT和單向彎矩Af (彎矩作用在矩形鋼管300mm邊長所在的平面內)，且偏心距 為e-MW-60mm。該節點的承載力確定如下。
(1)計算確定僅承受軸力時矩形鋼管焊接球節點承載力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)計算彎矩作用影響系數仏<formula>formula see original document page 7</formula>
(3)計算確定軸力和彎矩共同作用下矩形鋼管焊接球節點的承載力A^<formula>formula see original document page 7</formula>
因此，該焊接球節點的承載力為1743.52kNc
權利要求
1. 矩形鋼管焊接球節點的承載力計算方法，其特征在于，所述方法是由計算機依次按以下步驟實現的步驟(1)，向計算機輸入以下參數鋼材抗拉強度設計值f，矩形鋼管邊長a(x平面)和b(y平面)，焊接球節點的空心球的外徑測量值D以及空心球的壁厚測量值t；步驟(2)，根據步驟(1)輸入的各參數值，計算機判定屬于軸力作用下矩形鋼管焊接球節點的承載力計算，按下式計算節點承載力NR
全文摘要
本發明涉及一種矩形鋼管焊接球節點的承載力計算方法，屬于結構工程技術領域。其特征是，該計算方法包括軸力作用下的承載力計算方法以及軸力與彎矩共同作用下的承載力計算方法，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點的承載力可在軸力承載力的基礎上考慮彎矩作用影響系數計算確定。本發明為該類節點的可靠設計提供保證，已在為2008北京奧運會而興建的國家游泳中心“水立方”結構的設計中得到成功應用；同時，該方法還拓展了焊接球節點的應用范圍，可促進焊接球節點的進一步推廣應用，并豐富空間結構剛性節點的設計理論。
文檔編號G06F17/50GK101295329SQ20081009401
公開日2008年10月29日 申請日期2008年4月28日 優先權日2008年1月23日
發明者傅學怡, 董石麟, 陽 趙 申請人:浙江大學;中建國際(深圳)設計顧問有限公司