[发明专利]矩形钢管焊接球节点的承载力计算方法

摘要

本发明涉及一种矩形钢管焊接球节点的承载力计算方法，属于结构工程技术领域。其特征是，该计算方法包括轴力作用下的承载力计算方法以及轴力与弯矩共同作用下的承载力计算方法，其中的弯矩作用包括单向弯矩和双向弯矩(弯矩作用在矩形钢管的两个主平面)两种情况。轴力和弯矩共同作用下矩形钢管焊接球节点的承载力可在轴力承载力的基础上考虑弯矩作用影响系数计算确定。本发明为该类节点的可靠设计提供保证，已在为2008北京奥运会而兴建的国家游泳中心“水立方”结构的设计中得到成功应用；同时，该方法还拓展了焊接球节点的应用范围，可促进焊接球节点的进一步推广应用，并丰富空间结构刚性节点的设计理论。

主权项

1、矩形钢管焊接球节点的承载力计算方法，其特征在于，所述方法是由计算机依次按以下步骤实现的：步骤(1)，向计算机输入以下参数：钢材抗拉强度设计值f，矩形钢管边长a(x平面)和b(y平面)，焊接球节点的空心球的外径测量值D以及空心球的壁厚测量值t；步骤(2)，根据步骤(1)输入的各参数值，计算机判定属于轴力作用下矩形钢管焊接球节点的承载力计算，按下式计算节点承载力NR：$N_R=(0.3+0.57\frac{\sqrt{\mathrm{ab}}}{D})2(a+b)\mathrm{tf},步骤(3)，计算机若判定在步骤(1)中同时还输入了轴力N的测量值以及x平面内的单向弯矩M的测量值，则属于轴力与弯矩共同作用下矩形钢管焊接球节点承载力的计算，则按下式计算承载力：步骤(3.1)，若$ N\ge \frac{2N}{b},则节点承载力$ N_R={\eta }_N(0.3+0.57\frac{\sqrt{\mathrm{ab}}}{D})2(a+b)\mathrm{tf},其中，弯矩作用影响系数$ {\eta }_N=\frac{\frac{2(N-\frac{2M}{b})}{2N+\frac{4N}{b}}+\Delta }{1+\Delta },$ \Delta =\frac{a}{b},步骤(3.2)，若$ N<\frac{2M}{b},则节点承载力$ N_R={\eta }_N(0.3+0.57\frac{\sqrt{\mathrm{ab}}}{D})2(a+b)\mathrm{tf},其中，$ {\eta }_N=\frac{2(-\frac{M}{\mathrm{Na}}+\sqrt{{\left(\frac{M}{\mathrm{Na}}\right)}^2+(\frac{1}{2\Delta }+\frac{1}{4})})}{1+\frac{1}{\Delta }},$ \Delta =\frac{a}{b},步骤(4)，计算机若判定在步骤(1)中还有矩形钢管x、y两个平面内的弯矩Mx、My\; 的测量值以及轴力N的测量值输入，则属于双向弯矩作用下矩形钢管焊接球节点承载力的计算，则按下式计算承载力NR：$ N_R={\eta }_N^{\prime }(0.3+0.57\frac{\sqrt{\mathrm{ab}}}{D})2(a+b)\mathrm{tf},其中，\eta \prime N为双向弯矩作用影响系数：$ {\eta }_N^{\prime }=\frac{\frac{\pi }{2}-\theta }{\frac{\pi }{2}}{\eta }_{\mathrm{Ny}}+\frac{\theta }{\frac{\pi }{2}}{\eta }_{\mathrm{Nx}},$ \theta =\arctan \frac{M_x}{M_y},\eta Nx为把合成弯矩$ M=\sqrt{M_x^2+M_y^2}作用于x平面时计算得到的双向弯矩作用影响系数，按步骤(3.1)、(3.2)所述方法求出，\eta Ny为把合成弯矩$ M=\sqrt{M_x^2+M_y^2}作用于y平面时计算得到的双向弯矩作用影响系数，按步骤(3.1)、(3.2)所述方法计算，但公式中的a、b互换，$ \Delta =\frac{b}{a}.$$$$$$$$$$$$$$$