一种Y型铸钢节点抗压设计承载力的计算方法技术

本发明专利技术涉及一种Y型铸钢节点抗压设计承载力的计算方法，包括：获取Y型铸钢节点的几何参数和铸钢材料的抗拉、抗压或抗弯的强度设计值f，通过下式计算抗压设计时的Y型铸钢节点抗压设计承载力：由公式，计算获得考虑轴力作用的影响系数，其中；M为支管和主管相交处受到的弯矩，Mmax为支管和主管相交处的极限承载弯矩；由公式计算获到考虑弯矩作用的影响系数根据公式计算获到抗压设计时的Y型铸钢节点抗压设计承载力。本发明专利技术提出的抗压设计承载力计算方法可以满足Y型铸钢节点的设计需求，获得的节点抗压设计承载力的安全系数与节点按应力设计的安全系数较为接近。本发明专利技术可以极大的简化Y型铸钢节点的设计流程，缩减设计成本。缩减设计成本。缩减设计成本。

【技术实现步骤摘要】
一种Y型铸钢节点抗压设计承载力的计算方法


[0001]本专利技术涉及铸钢节点设计
，具体涉及一种Y型铸钢节点抗压设计承载力的计算方法。

技术介绍

[0002]铸钢节点由于其采用整体浇筑成型的制作工艺，与传统焊接节点相比，具有施工简单，承载力高，受力明确，形式多样等诸多优点，越来越多的被应用于大跨度空间结构复杂节点的设计。铸钢节点的承载安全性对整体结构的安全性有着重要影响，《铸钢节点应用技术规程》(CECS 235:2008)(简称《规程》)中对铸钢空心球的抗压、抗拉承载力设计值进行了规定，然而实际工程中的铸钢节点的几何形状并不规则，而且铸钢节点的受力情况为较复杂，通常处于多种作用的耦合作用下，现行《规程》中的节点承载力公式在实际应用中存在一定局限性。
[0003]建立常见节点的承载力公式，是丰富铸钢节点设计方法的重要途径，但是现阶段对于几何和受力形式较为复杂的钢节点的承载力公式研究较少。在设计实践中，通常根据《规程》规定，采用有限元法按弹性计算，并结合试验确定铸钢节点的设计承载力和破坏形态。对于一些几何形状较为常见的铸钢节点，建立其设计承载力公式，可以极大的简化节点的设计流程，缩减设计成本。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种Y型铸钢节点抗压设计承载力的计算方法，能够解决现有技术中无法直接计算Y型铸钢节点抗压设计承载力的问题。
[0005]为达到以上目的，本专利技术采取的技术方案是：一种计算Y型铸钢节点抗压设计承载力的方法，包括以下步骤：
[0006]Y型铸钢节点包括主管和二个外径为d的支管，二个支管对称分布于主管中心轴二侧使Y型铸钢节点关于主管中心轴对称，主管上部由两个外径D的部分球面拼合而成，主管下部为空心状的截椎体，主管壁厚t；支管外侧有半径为r
out
的倒角；
[0007]1)获取Y型铸钢节点的几何参数和铸钢材料的抗拉、抗压或抗弯的强度设计值f；获取支管和主管相交处受到的弯矩M；获取支管和主管相交处的极限承载弯矩M
max
；
[0008]2)由公式计算获得考虑轴力作用的影响系数η
M
；
[0009]3)由公式计算获到考虑弯矩作用的影响系数η
N
；
[0010]4)根据公式
[0011][0012]计算获到抗压设计时的Y型铸钢节点抗压设计承载力
[0013]所述M
max
根据公式计算获得。
[0014]所述主管外径D在1200～1600mm内，且满足D/t≤35和0.2≤d/D≤0.4两个构造条件。
[0015]本专利技术还提供一种Y型铸钢节点抗压设计承载力的计算方法，包括以下步骤：
[0016]S1:对Y型铸钢节点进行简化处理，分析节点简化前后的破坏模式：
[0017]Y型铸钢节点包括主管和二个外径为d的支管，二个支管对称分布于主管中心轴二侧使Y型铸钢节点关于主管中心轴对称，主管上部由两个外径D的部分球面拼合而成，主管下部为空心状的截椎体；在支管和主管相交处，主管管壁有局部增厚，支管内、外侧均有倒角；简化节点不考虑原节点在支管和主管相交处的主管管壁局部增厚和支管内、外侧倒角；节点简化前后的破坏模式相似，最薄弱位置同样在支管和主管相交处；
[0018]S2:通过力学解析法推导简化前后节点的极限承载力公式形式：
[0019]S21:建立简化节点的极限承载力公式和弯矩
‑
轴力相关关系的解析解；
[0020]将支管和主管相交处的主管剪切面作为研究对象，建立支管和主管相交处的力平衡方程；支管和主管相交处受到的轴力N与弯矩M可写为，
[0021][0022][0023]式中，f为铸钢材料的抗拉、抗压和抗弯的强度设计值；d为简化节点支管外径；t为主管壁厚；是压曲失稳破坏时的支管传递来的剪力方向，是与支管和主管直径相关的变量；θ为剪切满受拉区对应的圆心角；
[0024]计算压弯作用下的节点承载力，通过以轴力设计时考虑弯矩作用的影响系数η
N
和以弯矩设计时考虑轴力作用的影响系数η
M
建立轴力
‑
弯矩相关关系
[0025]其中
[0026]其中
[0027]简化节点的无量纲轴力
‑
弯矩相关关系为，
[0028][0029]S22:建立简化节点的承载力公式的线性回归模型；
[0030]当节点受压时，破坏形式为失稳破坏，承载力与几何尺寸相关，而与材料强度无关；根据简化节点承载力公式的解析解，分别以πtd和td2f无量纲化后的变量作为简化模型抗压压和抗弯极限承载力回归方程的纵坐标，d/D作为横坐，简化节点的抗压和抗弯极限承载力的回归模型可写为，
[0031][0032][0033]式中，和分别为简化节点的抗压承载力和抗弯极限承载力；
[0034]A1,A2,B1和B2为回归系数；和分别对应轴压和弯曲破坏时的
[0035]S23:建立原节点的承载力公式形式：
[0036]对于原节点的抗弯极限承载力公式，当原节点以受弯为主时，由于支管和主管相交处的强度提高，最不利位置会转移至支管与支管内侧倒角相交处，根据支管和主管相交处的平衡方程推导出的抗弯极限承载力会大于原节点的实际抗弯承载力；根据简化节点抗弯承载力形式推导原节点支管和主管相交处的极限抗弯承载力，用来计算原节点的以弯矩设计时考虑轴力作用的影响系数η
M
，并不将其作为原节点的抗弯极限承载力公式使用；
[0037]通过抗压承载力放大系数γ
N
和抗弯承载力放大系数γ
M
计入主管局部管壁增厚Δt和支管内侧倒角半径r
in
对节点极限承载力的影响，其中γ
N
和γ
M
是关于Δt和r
in
的方程；假设原节点主管的剪切面位于支管外侧倒角的中点，由于原节点与简化节点的破坏形式相同，采用简化节点承载力公式中的表达式形式，则原节点的抗压极限承载力公式及支管和主管相交处的抗弯极限承载力公式可分别写为，
[0038][0039][0040]式中，为原节点的抗压极限承载力；为原节点的支管和主管相交处抗弯极限承载力；r
out
为支管外侧倒角半径；
[0041]S3：采用蒙特卡罗模拟计算不同几何参数取值对应的节点简化前后的极限承载力：
[0042]S31：将主管壁厚t，主管直径D，支管直径d及支管外侧倒角半径r
out
，内侧倒角半径r
in
，主管局部管壁增厚Δt设定为节点设计的几何参数；注：支管壁厚取主管壁厚的90％；改变支管直径时，保持轴线不变；为保证抽取的样本满足实际节点的构造要求，抽取的样本模型需满足：D/t≤35和0.2≤d/D≤0.4两个构造要求；支管内侧倒角半径r
in
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种计算Y型铸钢节点抗压设计承载力的方法，包括以下步骤：Y型铸钢节点包括主管和二个外径为d的支管，二个支管对称分布于主管中心轴二侧使Y型铸钢节点关于主管中心轴对称，主管上部由两个外径D的部分球面拼合而成，主管下部为空心状的截椎体，主管壁厚t；支管外侧有半径为r
out
的倒角；1)获取Y型铸钢节点的几何参数和铸钢材料的抗拉、抗压或抗弯的强度设计值f；获取支管和主管相交处受到的弯矩M；获取支管和主管相交处的极限承载弯矩M
max
；2)由公式计算获得考虑轴力作用的影响系数η
M
；3)由公式计算获到考虑弯矩作用的影响系数η
N
；4)根据公式计算获到抗压设计时的Y型铸钢节点抗压设计承载力2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：根据公式2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：根据公式计算获得M
max
。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述主管外径D在1200～1600mm内，且满足D/t≤35和0.2≤d/D≤0.4两个构造条件。4.一种Y型铸钢节点抗压设计承载力的计算方法，包括以下步骤：S1:对Y型铸钢节点进行简化处理，分析节点简化前后的破坏模式：Y型铸钢节点包括主管和二个外径为d的支管，二个支管对称分布于主管中心轴二侧使Y型铸钢节点关于主管中心轴对称，主管上部由两个外径D的部分球面拼合而成，主管下部为空心状的截椎体；在支管和主管相交处，主管管壁有局部增厚，支管内、外侧均有倒角；简化节点不考虑原节点在支管和主管相交处的主管管壁局部增厚和支管内、外侧倒角；节点简化前后的破坏模式相似，最薄弱位置同样在支管和主管相交处；S2:通过力学解析法推导简化前后节点的极限承载力公式形式：S21:建立简化节点的极限承载力公式和弯矩
‑
轴力相关关系的解析解；将支管和主管相交处的主管剪切面作为研究对象，建立支管和主管相交处的力平衡方程；支管和主管相交处受到的轴力N与弯矩M可写为，程；支管和主管相交处受到的轴力N与弯矩M可写为，式中，f为铸钢材料的抗拉、抗压和抗弯的强度设计值；d为简化节点支管外径；t为主管壁厚；是压曲失稳破坏时的支管传递来的剪力方向，是与支管和主管直径相关的变量；θ为剪切满受拉区对应的圆心角；计算压弯作用下的节点承载力，通过以轴力设计时考虑弯矩作用的影响系数η
N
和以弯矩设计时考虑轴力作用的影响系数η
M
建立轴力
‑
弯矩相关关系
其中其中其中简化节点的无量纲轴力
‑
弯矩相关关系为，S22:建立简化节点的承载力公式的线性回归模型；当节点受压时，破坏形式为失稳破坏，承载力与几何尺寸相关，而与材料强度无关；根据简化节点承载力公式的解析解，分别以πtd和td2f无量纲化后的变量作为简化模型抗压压和抗弯极限承载力回归方程的纵坐标，d/D作为横坐，简化节点的抗压和抗弯极限承载力的回归模型可写为，的回归模型可写为，式中，和分别为简化节点的抗压承载力和抗弯极限承载力；A1,A2,B1和B2为回归系数；和分别对应轴压和弯曲破坏时的S23:建立原节点的承载力公式形式：对于原节点的抗弯极限承载力公式，当原节点以受弯为主时，由于支管和主管相交处的强度提高，最不利位置会转移至支管与支管内侧倒角相交处，根据支管和主管相交处的平衡方程推导出的抗弯极限承载力会大于原节点的实际抗弯承载力；根据简化节点抗弯承载力形式推导数值模型支管和主管相交处的极限抗弯承载力，用来计算原节点的以弯矩设计时考虑轴力作用的影响系数η
M
，并不将其作为数值模型的抗弯极限承载力公式使用；通过抗压承载力放大系数γ
N
和抗弯承载力放大系数γ
M
计入主管局部管壁增厚Δt和支管内侧倒角半径r
in
对节点极限承载力的影响，其中γ
N
和γ
M
是关于Δt和r
in
的方程；假设原节...

【专利技术属性】
技术研发人员：任靖哲，邹启令，黄细军，曾晗，刘豪，
申请(专利权)人：中信建筑设计研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：