[发明专利]一种单层网壳结构节点半刚性测定方法

说明书

本发明公开了一种单层网壳结构节点半刚性测定方法，该方法将待测定的节点与杆件按照预设连接角度进行组装，将杆件的末端固定在固定装置上，通过加载装置在节点上方施压，通过受力测定仪器测定杆件受力情况，推算出节点处的弯矩；通过位移采集装置测定杆件若干位置竖向位移值，推算出节点连接处的转角；将加载过程中每步得到的节点弯矩与转角绘制成弯矩‑转角曲线，从而以该曲线反映该节点的半刚性特征。弯矩‑转角曲线所反映的节点半刚性特征可直接用于半刚性节点单层网壳结构的设计计算中，能够真实有效地反映节点半刚性对单层网壳结构整体稳定性的影响，补充完善目前规范中该部分内容的不足。

技术领域

本发明涉及一种单层网壳结构节点半刚性测定方法，更具体地说，涉及一种能真实反映单层网壳节点受力特点，准确测定节点在荷载作用下的弯矩-转角关系，并以此反映节点半刚性特征的方法。

背景技术

节点半刚性，指的是节点在抵抗弯矩作用下发生转角位移的特性，其节点性能介于完全刚接和理想铰接之间，往往通过荷载作用下节点处弯矩-转角的关系曲线(如图4所示)来反映其半刚性特征。

诸多研究表明，节点的半刚性对结构整体受力性能会产生很大影响。在钢框架结构中，端板节点半刚性对钢框架结构的静力承载能力、抗震性能以及抗连续倒塌能力都会产生较大影响；支撑结构中，扣件式节点的半刚性也会对高支撑结构的整体稳定承载力有较大影响。

本发明所针对的单层网壳结构，目前应用与工程中的节点形式主要有焊接球节点、螺栓球节点、碗式节点以及毂节点等。其中，焊接球节点转动刚度较大，规范规定在设计计算过程中按刚接节点考虑；而其他几种节点形式由于其本身构造原因，属于半刚性节点范畴，而规范中没有对其半刚性特征以及具体考虑节点半刚性的结构整体稳定性计算方法进行详细阐述。因此，一套针对半刚性节点单层网壳结构的整体稳定性计算理论是目前规范亟待补充完善的，而合理有效的节点半刚性测定方法则是该计算理论能够发展推广的重要基础。本发明的目的就是针对单层网壳结构的半刚性节点提出一套准确有效的节点半刚性测定方法，从而为诸多半刚性节点在单层网壳结构中的推广应用实现计算规范化提供保障。

目前针对单层网壳结构节点半刚性的测定方法，往往存在如下几点缺陷：

1)现有单层网壳结构节点半刚性测定方法往往按照两杆纯弯受力条件进行试验，而实际工程中单层网壳的节点更多情况下是与3到6根杆件相连，其节点受力特征与两杆纯弯试验存在较大差异，即两杆纯弯试验不能准确反映真实条件下节点处受多根杆件互相影响所产生的应力条件；同时，纯弯试验忽视了节点转动刚度受轴力的影响，而该轴力随着节点受力逐渐增大对节点的转动刚度有明显的增强效果，即传统的两杆纯弯试验得到的节点转动刚度结果会与真实结果有明显差异；

2)现有节点半刚性测定方法即使考虑了轴力的影响，但其弯矩和轴力的施加往往采用各自独立的加载装置，一方面增加试验的复杂性，随机误差随之增大，另一方面这种加载方式很难保证将弯矩和轴力按照完全耦合的形式施加在节点处，与单层网壳结构节点实际受力情况不甚相符，得到的结果也存在不准确的问题；

3)现有节点半刚性测定方法在数据处理阶段，有些采用简支梁假设，即简单地将节点处转角处理成节点挠度比杆件长度的结果，但该方法明显不适用于引入杆件轴力的试验条件；有些则采用杆件远端刚接假设，但由于试验装置在杆件远端固定处达不到完全刚接要求，与试验假设不符，导致试验结果不准确。

总之，现有试验方法在数据处理上均存在试验实际情况与假定条件不符的问题。

发明内容

为了克服现有节点半刚性测定方法无法准确考虑节点轴力影响的不足以及数据处理方法不准确等诸多缺陷，本发明提供一种新的测定方法，该测定方法能有效准确地考虑单层网壳结构中节点处弯矩与轴力的耦合作用，并采用了合理的数据采集方法，从而精确测定出节点在真实受力条件下的半刚性特征。