[发明专利]一种多枝杈碗盖球支座强度应力计算方法及其应用

说明书

技术领域

本创作属于建筑结构的计算分析领域，更具体的说是一种多枝杈碗盖球支座强度应力计算方法及其应用。

背景技术

铸钢多枝杈碗盖球支座构造形式如图1所示，内部构造如图2和图3所示，整个支座包括上、下两部分，支座上部分由多枝杈与碗体壳相连构成，支座下部分为实心半球体，支座上部分扣合在支座下部分上，枝杈连接所支撑的上部结构。枝杈可以为多个，如深圳大运中心体育场包括三个枝杈，并设置有加劲肋与碗体壳连接；北京奥运会老山自行车馆柱脚铸钢节为二个枝杈呈V字形与半球壳相连。

深圳大运中心体育场采用了单层折面空间网格结构。悬挑长度在不同区域分别为51.9m到68.4m，形状呈马鞍形。由20个形状相似的结构单元通过空间相互作用联系在一起，整个钢屋盖与混凝土看台完全脱开，由20个铸钢多枝杈碗盖球支座支承，多枝杈碗盖球支座支承在标高6m处的钢筋混凝土平台上。

该支座形式新颖，技术难度高，在国内外很少见，之所以少见，是因为其计算难度非常高，需要高速计算机长时间的计算才能得到准确的结构强度应力。现有设计标准GB50017-2003《钢结构设计规范》(以下简称“《钢规》”)和CECS235：2008《铸钢节点应用技术规程》都没有对对该支座形式的计算分析方法。只有文献：赵宪忠，王冠男，陈以一，等.北京奥运会老山自行车馆柱脚铸钢节点试验研究[J].建筑结构学报，2008，29(1)：11-15中对老山自行车馆V字形柱脚铸钢节点进行了试验研究，测试了节点表面的应力、支座转动情况，指出了节点承压面局部超过屈服强度，按端面强度应力的1.54～1.68倍判定局部的安全性。但并没有提出实用计算方法；其他文献未见关于该形式支座的报道。

现有技术的不足是：

1)规范没有提供通常计算方法和实用计算方法；

2)上述文献是对支座进行接触有限元通常分析，接触有限元分析参数设置复杂，属于高度的非线性行为，设计人员不容易掌握且计算费时费力，障碍该项新技术的推广应用；

3)上述文献对老山自行车馆V字形柱脚铸钢节点进行了试验研究，没有提出实用计算方法。

发明内容

本创作的目的在于克服多枝杈碗盖球支座的上部连接体结构接触分析的复杂性，设计一种简化的技术结构模型，并提供一种实用计算方法，使其能够适用于这种结构的分析计算。

本创作通过下述技术方案实现上述目的。

本创作提供一种多枝杈碗盖球支座强度应力计算方法，针对的多枝杈碗盖球支座结构包括上、下两部分，支座上部分由多枝杈与碗体壳相连构成，支座下部分为实心半球体，支座上部分扣合在支座下部分上，枝杈连接所支撑的上部结构，所述方法包括以下步骤：

S1.采用计算机建模软件对多枝杈碗盖球支座进行三维实体建模；

S2.采用计算机分析软件将三维实体模型转化成有限元模型，并进行网格划分；

S3.连接碗体壳的枝杈杆端边界条件为通过在杆端设置为刚性端板，施加上部结构整体计算得到的内力；

S4.设置碗体壳与实心半球体的接触边界条件：半径为r圆弧面区域的全约束；

S5.进行支座上部结构弹性分析，得到多枝杈碗盖球支座强度应力。

所述步骤S4中其中半径r为圆弧接触面在以支座合力N_tol作用线为法线的平面投影的正圆的半径；N_tol为支座合力，其大小及方向从步骤S3中整体计算的支座反力获得，为所有通过枝杈杆端施加在支座上的反力矢量和；r₁为下部实心球的半径；r₂为上部碗体壳半径；E为材料弹性模量。

其中步骤S5中的结构弹性分析为采用计算机方法对前述四个步骤做建立的模型进行静力弹性分析，得到多枝杈碗盖球支座强度应力。所述计算机方法为采用ABAQUS或SAP2000或ANSYS软件进行静力弹性分析。所述计算机建模软件为AUTOCAD或3DMAX或SOLIDWORKS等软件。

本创作主要应用于多枝杈铸钢碗盖球支座强度应力的分析。