受压受拉空心球新老公式的对比

1、现行网架规程JGJ7 一 91中，受压、拉空心球承载力计算公式分别为t2 j2N声Q55 屯 td,Nc Nt分别为受压空心球轴向压力、拉力设计值。受压承载力计 算公式是经验公式，没有能够反应受压球失稳破坏的机理，因此是不 尽合理的。受拉承载力公式也是根据试验结果数据综合整理得出没有 能够根据受拉球冲切破坏的机理推导其承载力计算公式。而现行网壳规程JGJ61-2003中把受拉、受压两种受力形式的计算 合二为一，其计算公式为 *9* HR- ，1 1 I _rwr -f F IK r MM-# w | ar-p F| 11 -Nr= (0.32+0.6言)7drndfNr为受压和受拉承载力设计值

2、，这个公式把空心球承载力计算公式 建立在承载力较高的受拉形式上，忽略了受压失稳的破坏形态，是不 合理，偏于不安全的。通过查阅资料我们能发现：焊接空心球节点试验研究及破坏机理分析以单向受力状态来考察焊接空心球节点的承载能力，所有试件均按 单向受力设计了拉、压球节点的形式为保证空心球节点的破坏是由于 球体的失效引起而不是因为管承载力不足所致，根据经验，将所有管 的厚度取为球壳厚度加上2-4mm。受压球节点采用普通的加顶底 盖板的形式。受拉球节点全部采用压扁管端的形式。.本文试验所用球体是按规范在球成品库中取的6个样品，对部分新制 的半球做了厚度减薄量的检测。将成品半球对半切割后得到试件，沿试件的锅

3、底”一冲压拉薄区球面 布置了 16个测点。球在锅底的附近最薄，在赤道即冲压半球的边界 处最厚，整个壳体厚度沿半球成锯齿状分布，如图所示节点用管子全部是专门买进的20号钢厚壁无缝管，管在模具上施焊 成型，夕卜观检查节点两头的管均能保证平直.全部试件运进实验室后 均经过超声波检验，这些节点基本上代表了实际网架中的节点，故基 于这些试件提出的观点更具有工程实际意义。另外对所有的试件还测 量了焊缝宽度W的值，其范围一般在4-8mm。根据空心球节点的承载力的主要承载力影响因素有球厚，管径d, 球径D,管厚t,及球管焊缝宽度，采用正交试验设计，分别按二水平 四因素和二水平二因素设计了两组节点试件。拉压节点

4、采用相同的正 交表。本文所有试验均为破坏性试验，在天津大学土木系建筑材料实验室 完成。试验中测试记录球面等位移线，球面应变标W45及管轴向应 变，受拉压试件的荷载纵向位移曲线，受压试件的荷载横向位移曲线, 破断荷载值，部分受压球节点屈曲后强度一变形关系图。部分球节点 极限承载能力如表1-4所示。* 1 89 7一 10斐心球节点抗压、抗桂林加试励内客试斗饷号球燃常盛坏荷或抗保普觐12WX&25. St22MX625.lt32MX62B. 5t抗换村ft1200X6SI. Gt2颂件31.2t3颁X62St由验内样玫件号规格管材破坏荷戳抗压1D=22OXB| 1L4X65L 820 = 220X

5、01L4X650.213D=22.OXH中 114K6521抗控(E2OX8*1.14X6TH2y = 22OXH中1L4X673.5t3Daaoxa池 L14X67Sl*3舶.9 9中心球节盅抗压 抗霆荷站。晌内容理白径管尺寸抗挝g槌tSJcWx |2中&9x955- 9*200X6&76X JO49.8由 200X8 -076x1037.5*20QXR75X1037.7*200 x0 -OlfixlO36B200XR76X 10裹4 90 3 1S空心球节点杭压 抗检暮栽试件闾弓试管tl泾1 = 200X625. St2中7心）4D=0DXe25 7t3ESK4A 200 K629. 5t

6、抗拉1875M4D=2D0X631.认2576X40=200X63L2t3fr?fiX4&=200X52&i抗压1MX3.5D = 200X6I9.ML26DX3. 5D = 20OXEIBt抗氐1中盼K4D = 2OTX62邛9X4D200M6所抗应1中炒4D = 2X&37t2由盼X4D = 2Mx&36i1r 114X4,5D =网 X&35t2中 114X土 5D-ZMX&371抗拉1114X4,5D = 2WX&2*114x4. &D-200X643t2T17 9心理节获掖压、机擅荷岖在试验中受压球破坏现象表明，受压球节点的破坏属于一种特殊的 破坏形式，它既不像普通受压试件，也不同于

7、板的失稳破坏形式，它 在开始屈服的同时，还能提供荷载储备，在完全屈服后的下降段， 类似于失稳试件，变形急剧增加的同时，荷载一再下降，而且屈服强 度与极限强度之差远小于普通受压试件的极限强度与屈服强度之差。 从受拉球试验破坏形式上看，它不同于普通低碳钢受拉试件的破坏 形式，而是类似于脆性材料的破坏，其破坏属于冲切”破坏，这 种破坏形式主要体现在似乎还有承载潜力的情况下突然脆断，而且 变形 一直与荷载P近似成线形关系变化.焊接空心球节点有限元分析实际结构中的焊接空心球处于空间受力状态，但研究结构表明在多 向和单向受力状态下空心球节点的承载能力与单向的承载能力相接 近，因此选取单向受力状态的焊接空心

8、球模型进行有限元分析。在单 向受力状态下，将球管分开来考虑，把管对球壳的作用力作为一圈竖 向的均布力，在此受力情形下分析球壳表面的应力分布规律。由于球 壳及荷载的轴对称性，可只分析空心球的1/8,各边界的支承形式均 为滑动铰支座，即只允许边界在对称面内的法向水平位移，不允许其 它方向的位移及任何方向的转动。基本的分析思路是：把球壳离散为三角形单元，在三角形单元的分界 线以适当的约束连接在一起成为折板，解此折板结构就可以得到球 面各点的内力位移。当三角形单元划分的非常小 及有限三角形单 元相当多时，折板结构的解就可以逼近球壳的真实解了。球壳三角形 单元的应力状态可以认为是平面应力状态和薄板应力态的组合。 这是因为在小位移情形下，平面应力状态的节点力和弯曲应力状态 下的节点位移互不相关，而弯曲应力状态下的节点力与平面应力状 态下的节点位移也互不相关。所以组合状态下的单元刚度矩阵可以