[发明专利]考虑焊接空心球节点约束的圆钢管稳定承载力的诊断方法

说明书

本发明公开了考虑焊接空心球节点约束的圆钢管稳定承载力的诊断方法，包括以下步骤:(1)采用通用有限元程序ABAQUS建立多个圆钢管构件计算模型。(2)采用1～100阶屈曲模态作为初始几何缺陷计算圆钢管构件的稳定承载力。(3)将每个圆钢管构件在各个屈曲模态下的全部稳定承载力数值作为样本数据采用极大似然值法估计该样本数据总体的均值μ与方差σsupgt;2/supgt;。(4)基于统一可靠的方法计算每个圆钢管构件的设计稳定承载力。(5)采用最小二乘法得到圆钢管构件设计稳定承载力计算公式。本发明可以保证空间网格结构的安全。

技术领域

本发明涉及一种空间网格结构，尤其考虑焊接空心球节点约束作用下空间网格结构中圆钢管稳定承载力的诊断方法。

背景技术

空间网格结构具有跨度大，质量轻，强度大，造型美等特点，机场航站楼、体育馆、礼堂等大型公共建筑屋盖结构往往采用空间网格结构。空间网格结构的承载力与结构杆件与节点的力学性能密切相关。空间网格结构中大量杆件承受轴压荷载，其稳定承载力往往是结构杆件的控制设计因素。长细构件的稳定承载力已经研究了很多年，各国的网格结构设计规范中也有明确的规定。现行规范中通常采用柱子曲线确定各类截面的稳定系数，基于稳定系数验算受压构件的稳定性。柱子曲线以考虑初始缺陷的两端自由构件为对象计算得到，而在实际结构中构件两端节点的约束作用对轴压构件稳定性的影响则通过计算长度系数考虑。现行规范中对长细构件计算长度系数的取值主要基于构件两端的节点形式。例如中国空间网格结构技术规程便规定对于采用焊接空心球节点的空间网格结构其弦杆的计算长度系数取为0.9，其支座腹杆的计算长度系数取为0.9，其它腹杆的计算长度系数取为0.8；对于采用螺栓球节点的空间网格结构其弦杆、腹杆的计算长度系数均取为1.0。轴心受压构件的计算长度系数取值与节点的约束作用相关。实际上，在网格结构工程中具有不同尺寸规格的同一种节点对构件的约束作用都不同，节点对构件的约束作用与节点的形式、尺寸规格及杆件本身的尺寸规格均有关系。因此对于采用多种节点与杆件规格的空间网格结构其杆件的计算长度系数应各不相同。如果空间网格结构中杆件的实际计算长度系数大于现行规范规定数值，则利用现行规范设计出的空间网格结构的构件稳定承载力会被高估。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的不足，提供一种可以精细化地考虑节点对结构杆件的约束作用，保证空间网格结构安全的诊断考虑焊接空心球节点约束的圆钢管稳定承载力的方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

空间网格结构中考虑焊接空心球节点约束的圆钢管稳定承载力的诊断方法，包括以下步骤：

(1)采用通用有限元程序ABAQUS中的壳单元建立多个圆钢管构件计算模型，每个圆钢管构件模型的结构包括一根圆钢管，在所述的圆钢管的上下两端分别焊接有一个空心半球节点，上下两个所述的空心半球节点分别与上部钢板、下部钢板焊接固定；

(2)采用1～100阶屈曲模态作为初始几何缺陷计算圆钢管构件的稳定承载力，确定过程如下：对每个圆钢管构件模型中的上部钢板施加轴压荷载，采用弧长法同时考虑几何非线性与材料非线性的影响分别计算每个圆钢管构件上部半球中心点处沿竖直方向的荷载—位移曲线，并输出1-100阶屈曲模态下的荷载—位移曲线，选取每条轴压荷载—位移曲线的最大峰值点作为该圆钢管构件的稳定承载力数值；

(3)将每个圆钢管构件在各个屈曲模态下的全部稳定承载力数值作为样本数据采用极大似然值法估计该样本数据总体的均值μ与方差σ²，表达式如下：

式中：n是样本数据总数；x_i为样本中第i个数据；为样本平均值；

(4)基于统一可靠的方法计算每个圆钢管构件的设计稳定承载力，公式为：