焊接空心球節(jié)點(diǎn)承載力分析引言空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)是由桿件通過節(jié)點(diǎn)相連接而成的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，節(jié)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中重要的受力構(gòu)件，離散的桿件通過節(jié)點(diǎn)集成為一個(gè)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，所以在空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中,節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造設(shè)計(jì)和強(qiáng)度都是十分重要的。在空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中用于構(gòu)件間連接的典型節(jié)點(diǎn)有兩種類型：相貫節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)體。相貫節(jié)點(diǎn)是指桿件與桿件直接相交，而不是通過節(jié)點(diǎn)；節(jié)點(diǎn)體是指各桿件通過一個(gè)節(jié)點(diǎn)相交，該節(jié)點(diǎn)是獨(dú)立的構(gòu)件，如圖1所示[1]。圖1各種典型節(jié)點(diǎn)現(xiàn)在應(yīng)用于大跨空間結(jié)構(gòu)中，適合中國國情且在工程上應(yīng)用廣泛的主要有兩種節(jié)點(diǎn)體形式：螺栓球節(jié)點(diǎn)和焊接空心球節(jié)點(diǎn)。前者是70年代從德國MEMO引進(jìn)的，最早由內(nèi)蒙古鐵路局設(shè)計(jì)室研制成功并應(yīng)用于內(nèi)蒙古呼和浩特鐵路局俱樂部[2]，屬于“洋為中用”類型；而后者焊接空心球節(jié)點(diǎn)是1964-1966年間由劉錫良教授成功研制開發(fā)，第一個(gè)應(yīng)用工程為天津科學(xué)館[2]，屬于“土生土長”類型。本文介紹的是節(jié)點(diǎn)體中的焊接空心球節(jié)點(diǎn)，簡要介紹了研究進(jìn)展和有限元分析方法分析焊接空心球節(jié)點(diǎn)承載力的過程及得到的相應(yīng)承載力公式，最后指出了當(dāng)前研究中的不足。優(yōu)缺點(diǎn)及國內(nèi)外應(yīng)用情況焊接空心球節(jié)點(diǎn)是由兩個(gè)半球焊接而成的空心球，可根據(jù)受力大小分別采用不加肋和加肋兩種，如下圖2所示[4]。在我國，焊接空心球節(jié)點(diǎn)可適用于單層或多層空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)體系，該體系是將鋼管與預(yù)制好的空心球直接焊接而成，適用于連接鋼管桿件。焊接空心球節(jié)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡單，受力明確，連接方便，且其剛度較螺栓球節(jié)點(diǎn)要大得多，所以它也比螺栓球節(jié)點(diǎn)具有更廣泛的適用范圍，但是焊接空心球節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)場焊接工作量較大，同時(shí)，球的直徑比管徑要大得多，這成為建筑上的一個(gè)缺點(diǎn)[1]。出于特殊情況及質(zhì)量控制上的考慮，國外一般不采用現(xiàn)場焊接的形式，故焊接空心球節(jié)點(diǎn)在國外的工程實(shí)例已經(jīng)不多見，目前，該類節(jié)點(diǎn)主要在我國廣泛使用，這里面還包括著名的國家游泳中心“水立方”。圖2-1不加肋的空心球圖2-2加肋的空心球搬一些皺研究柏及成富果誠國內(nèi)倡對焊輛接空貴心球健節(jié)點(diǎn)挽有著喝廣泛在的手研究帳分析印，但院尚未能達(dá)成網(wǎng)統(tǒng)一廢的承攝載力友計(jì)算勒公式情。到鞏目前穗為止陽，研演究焊闊接空安心球柜節(jié)點(diǎn)派的方和法一洪般是診3種悟：一垃、上板個(gè)世蹄紀(jì)9悼0年陳代以萬前，桌當(dāng)時(shí)即由于蒸工程您設(shè)計(jì)袍的需章要而附且計(jì)孤算機(jī)墳分析船還沒抗有完石善，證主要躁利用凡試驗(yàn)賽方法恥對焊致接空會心球賺節(jié)點(diǎn)啄進(jìn)行龍承載弊力研毒究和音破壞遺機(jī)理揉分析柔；音二、攪隨著刻有限版元分削析軟曲件的廳不斷雪完善著，主虛要是橋通過敗有限槐元方洋法來佛對焊私接空薄心球腹節(jié)點(diǎn)若分析丙；攻三、疏從理尼論上偵對焊鞏接空期心球則節(jié)點(diǎn)息分析露。比費(fèi)較這隸些方嗚法，市試驗(yàn)合方法箱主要罰是通糖過對諷試驗(yàn)艘數(shù)據(jù)艦的一甘些數(shù)花學(xué)處廚理，基提出慰經(jīng)驗(yàn)完公式聾，不墓足是副缺少弊理論繁基礎(chǔ)凳；有風(fēng)限元跨方法腳可以咬得到但比較徑準(zhǔn)確素的計(jì)春算結(jié)插果，甩但是僚對計(jì)胃算機(jī)狐的配姨置和潤模型絞的建店立要篇求高亦，而稻且有灣限元舍軟件撞很難翠模擬取工程和中的密實(shí)際著情況技；直蜻接通償過理僚論進(jìn)太行分筑析鏈，彈從微館分方明程中挪得出伏解析朱解比蛙較難萬[5子]爺。糾下面孔簡單盒地說辯明并撇列出棋用了房一些嫂相關(guān)己的公屠式：培（常一維）襲規(guī)范虜采用笑的計(jì)呈算公倦式仗19取91槍年，在《網(wǎng)錫架結(jié)釣構(gòu)設(shè)落計(jì)與押施工芒規(guī)程鏟》梨（蝴JG捕J盲7—何91淺)蘆，椅當(dāng)空君心球桌直徑殿為1朱20盞mm缺-5奶00桌m(xù)m驗(yàn)時(shí)，惱公式圖如下桌[6車]朋：城式中腹，Nc饒為受薯壓空極心球超的軸誕向壓堵力設(shè)始計(jì)值浪(N防)；玩D為勒空心追球外哪徑(屑mm粗)；哪t為鋼空心塵球壁著厚竄(m歷m)巡；d笑為鋼率管外給徑(欲mm躲)；ηc魚為受液壓空隸心球僅加勁鎮(zhèn)承載圓力提耽高系帽數(shù)，虛無肋科取購1.縮0績，有度肋取猛1.伸4個(gè)；Nl再為受壇拉空示心球辰的軸狂向壓凝力設(shè)籠計(jì)值紋(N嬸)；ηl今為受覽拉空抹心球陵加勁臉承載存力提嶺高系城數(shù)，撐無肋腫取柱1.抵0懲，有甜肋取誦1.璃1么；砌f紅為鋼故材強(qiáng)促度設(shè)鼠計(jì)值促(N閥/沈mm萄20畜03敘年，敞《網(wǎng)妖殼結(jié)戒構(gòu)技稿術(shù)規(guī)代程》志中對豬空心肝球直蘭徑為令12再0m稿m～勺90跟0m喉m時(shí)井，將桑受拉虛和受火壓時(shí)變焊接忽空心燭球節(jié)述點(diǎn)公輪式合鑼二為極一良[7含]蛙：員式中聰，D鍋為空閃心球婚外徑推(貌mm號)；凍t為艷空心呢球壁慚厚(簡mm塘)：切d為畢鋼管愿外徑劣(本mm惱)；ηd爛為加構(gòu)勁承喇載力受提高勺系數(shù)志，無腥肋取值1悔.慣0霉，有嚇肋取磁1譯.填4：蟲f拘為鋼墓材強(qiáng)嗚度設(shè)尋計(jì)值愚(N演/m閘m2死游此外徒，仿20浙10結(jié)年轎11陵月剛址出版扭的文最新孕規(guī)范喚《空題間網(wǎng)奔格結(jié)唇構(gòu)技崖術(shù)規(guī)巾程》蹦的獵報(bào)批柔正文丘稿絮中，挽總結(jié)疊了9砍1年麥和0基3年熱的兩星本規(guī)周范，棵并融傘合進(jìn)潑了設(shè)耀計(jì)人加員的羊意見滴。訓(xùn)關(guān)于圾焊接莖空心泡球節(jié)書點(diǎn)的臥受壓紗和受槳拉承冶載力濱設(shè)計(jì)職值計(jì)既算公遠(yuǎn)式如灰下舊[4毯]薪：等式中兼，η0叢為慎大直伶徑空似心球餡節(jié)點(diǎn)憶承載銳力調(diào)仇整系提數(shù)。套當(dāng)空蒼心球饑直徑協(xié)≤5啊00緣mm餐時(shí)香，取毫1.領(lǐng)0；焦當(dāng)空梢心球露直徑融>5痕00深mm證時(shí)，疲取0結(jié).9帳燥對于釋單層堅(jiān)網(wǎng)殼猛結(jié)構(gòu)抽，空服心球棕承受但壓彎奇或拉值彎的籃承載伸力設(shè)戚計(jì)值們N魔m游可按丸下式飄計(jì)算漸：ηm攝為成考慮罵空心朝球受澡壓彎與或拉乏彎作群用的古影響哄系數(shù)惡，根絕據(jù)偏株心系慘數(shù)c=2MNd撫，扒查詢牙相關(guān)端曲線晝波（袖二天）早植期基屈于實(shí)贈驗(yàn)結(jié)嗚果提竄出的織計(jì)算急公式茫19同72豈年歌，猜上海姓民用部建筑訂設(shè)計(jì)掀院和唱同濟(jì)壤大學(xué)貴在上慰海文半化廣聽場網(wǎng)恨架屋沾蓋工朝程中擾進(jìn)行持了2說3個(gè)待焊接驗(yàn)空心灰球節(jié)逃點(diǎn)的足試驗(yàn)艙研究慧，提裳出智了如你下均經(jīng)驗(yàn)汁公式申[8鄉(xiāng)]經(jīng)：截19犯90撐年，榨雷宏容剛通喬過對竿球面格應(yīng)力遇分布鍬規(guī)律身的研刷究給哲承載以力公搞式的森建立珠提供投了理社論依鼠據(jù)。豪對球擇面應(yīng)宴力的梯分析撓說明屋：實(shí)努際節(jié)葉點(diǎn)，值當(dāng)桿識件相情距不袍是很茄近時(shí)胃彼此撐影響失不大匠，可蘭以單點(diǎn)向受六力作攀為破俊壞荷溉載的易依據(jù)油。節(jié)毀點(diǎn)受汗拉為產(chǎn)強(qiáng)度允破壞峰，影鐘響承心載力衡主要夏因素謎為墓δ州(球電壁厚鄉(xiāng))、壓d(戒管徑缸)及禾[σ戀]。冶而受劇壓則駁屬失績穩(wěn)破旱壞，榜除肥δ文、d凍之外卵，承虹載力據(jù)理應(yīng)湯與D隔(球董徑)威有關(guān)掩。但彎經(jīng)分載析：野此節(jié)鮮點(diǎn)在巨發(fā)生杰的破旅壞是辰局部興而不丈是整閣體失遷穩(wěn)。淘若這招樣，是則D講的影扎響次級要，污只有頃當(dāng)球碗徑很檢大時(shí)臟D對紙承載襯力的生影響表才會求顯示鐮出來乏。利安用2峰06色個(gè)試遣驗(yàn)數(shù)濟(jì)據(jù)(稼汾陽療建筑悄金屬鈔結(jié)構(gòu)鵲公司悟18翁7個(gè)熔，河誘北建聾筑設(shè)省計(jì)院敗6個(gè)辱，大鏟連工描學(xué)院求5個(gè)牛，西乳北建座筑設(shè)絨計(jì)院勻5個(gè)灑，太鞠原工栗學(xué)院度3個(gè)孫)，改通過感對承揚(yáng)載力除影響殼因素途的分尼析，榨得到燈了一睛致的但結(jié)論呈。為趕此，擦利用妹數(shù)學(xué)深上主華因素識法的口概念圓，經(jīng)貿(mào)回歸洲分析藍(lán)，提危出了添公式童[9喘]繁：慘式中異，Na女為受壇壓容頓許承緩載力裹(t躺)；雪δ味為球盈壁厚仿(c松m)援；d界為管榜徑(仔cm在)；Ka稿為受嗽壓安情全系船數(shù)，夜取2瞎.0菜；ηa哪為加靜勁增轉(zhuǎn)值系貨數(shù)，藝無肋碑取1轎.0徑，有怕肋取放1.服5；ηD之為球沒徑修芳正系險(xiǎn)數(shù)a膨當(dāng)1滴50汗≤D跨≤4最00側(cè)取1摧.0擦，當(dāng)脂40涂0≤宜D≤統(tǒng)50悼0取閣0.鼠9。Nl為受拉容許承載力t；Kl回為受桃拉安互全系儉數(shù)，脾取2單.5碧，ηl濱為加舅勁增杠值系虎數(shù)，濃無肋串取1屠.0讓，有起肋取胞1.梳1；嶄[σ墊]為高球體盟母材辯的容穗畝（忽三桶）竹有限劣元方顯法北利用爹有限嘉元方犯法進(jìn)孫行承印載力礎(chǔ)分析計(jì)是主字要的研研究品方法割，故排這類姑研究軋較多序?？谷鐨?0億05說年，酒董石爽麟院腥士等賓人煩采用涂理想奇彈塑架性應(yīng)撞力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