CN105975714B - 一种网架支座承载力的计算方法 - Google Patents

一种网架支座承载力的计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种网架支座承载力的计算方法，包括：S1、获取所述支座节点的三向设计荷载，并根据单向荷载确定所述支座的尺寸；S2、对所述支座的三向承载力进行计算，具体如下：S21、计算所述支座的竖向受压承载力；S22、计算所述支座的竖向受拉承载力；S23、计算所述支座的水平受拉承载力；S24、计算所述支座的三向受拉承载力。本发明的网架支座承载力的计算方法，提出了网架支座节点的计算依据，可以增加网架支座结构的安全储备，并能够减少设计人员的劳动强度，增加网架支座设计的可靠性。

Description

一种网架支座承载力的计算方法
技术领域
本发明涉及机械设计技术领域，尤其涉及一种网架支座承载力的计算方法。
背景技术
网架结构通常用于大跨度工业和民用建筑屋盖当中，并进而发展用于大跨工业建筑(水泥、钢铁等)的整体结构设计，网架支座用于连接上部网架和下部的主体结构或基础，支座节点设计受到下部结构形式和计算模型的影响，支座形式随着上部结构计算模型和下部结构会采用不同的支座形式，并计算各个细部满足承载力要求。
在网架设计中，为了实现弹性支座的设计方案，通常通过开设椭圆型螺栓孔的办法使支座有一定得侧移，从而实现弹性支座的效果。开设椭圆型螺栓孔的网架支座节点是现行工程界应用较多的一种做法，但这种支座的受力性能以及所能提供的抗侧刚度是多大，目前，设计人员的做法是根据自己的经验估计一个刚度值来进行设计，由于承载力计算方法欠缺，使得计算不准确，设计不能满足模型假定的要求；另外，手工绘图工作量大，自动化程度不高；并且计算的准确度不高会存在安全隐患和浪费原材料的现象。
发明内容
基于上述问题，本发明提供一种网架支座承载力的计算方法，提出了网架支座节点的计算依据，增加了该类结构的安全储备，解放了设计人员的劳动强度。
为解决上述问题，本发明提供了一种网架支座承载力的计算方法，包括：
S1、获取所述支座节点的三向设计荷载，并根据单向荷载确定所述支座的尺寸；
S2、对所述支座的三向承载力进行计算，具体如下：
S21、计算所述支座的竖向受压承载力FZ：
FZ＝Sf
S＝2mt-t2
其中，m为所述支座的肋板上方容纳螺栓球的凹槽的最大开口直径，t为肋板板厚，螺栓球与肋板相交的部分的受力面积为S，f为支座的设计强度，且f＝235N/mm2；
S22、计算所述支座的竖向受拉承载力：
当所述支座竖向受拉时，底板出现第一批塑性铰线时的承载力为：
其中，a1为所述支座的底板的对角长度，b1为底板上远离设定对角线的顶点到该对角线的距离，α为与根据b1/a1的比值所对应的系数，当b1/a1＝0.5时，α＝0.06；e为底板的厚度，W为单位板宽的抗弯抵抗矩，F为支座节点承担的总拉力，A0为两邻边固定板的面积减去螺栓孔的面积的值；
S23、计算所述支座的水平受拉承载力：
当底板屈服时：
当肋板底部屈服时：
当肋板与螺栓球交界处屈服时：
其中，FY为第一方向的水平拉力，h0为肋板高度，c为螺栓中心间距；h1为球心到肋板顶部的垂直距离；
S24、计算所述支座的三向受拉承载力：
其中，FX为第二方向水平拉力，Ft为单根螺栓的拉力，为单个螺栓的抗剪承载力，为单个螺栓的抗拉承载力，底板承压承载力Fv为螺栓剪力。
其中，所述步骤S22中，计算所述支座的竖向受拉承载力，应满足地脚螺栓抗拉承载力Fbolt：
其中，d为地脚螺栓直径，地脚螺栓的抗拉承载力设计值为ft b＝140N/mm2。
其中，步骤S24中，满足螺栓抗剪的承载力公式为：
其中，Fb为螺栓受拉和剪作用屈服时的承载力，Fc为螺栓孔壁挤压屈服时的承载力。
其中，当所述支座竖向受压时，所述支座的三向承载力关系为：
其中，所述支座的底板屈服承载力为：
其中，危险螺栓的拉力为Ft，剪力在拉力和剪力的联合作用下，则应满足：
所述肋板和螺栓球交界面屈服应满足的公式：
所述支座的肋板底部破坏应满足：
本发明的网架支座承载力的计算方法，提出了网架支座节点的计算依据，可以增加网架支座结构的安全储备，并能够减少设计人员的劳动强度，增加网架支座设计的可靠性。
附图说明
图1示出了本发明的网架支座的承载力计算方法的流程图。
图2示出了本发明的支座的肋板结构示意图。
图3示出了本发明的支座的底板的结构示意图。
图4示出了本发明的支座的坐标结构示意图。
图5示出了本发明的支座竖向受力时的坐标示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图1示出了本发明的网架支座的承载力计算方法的流程图。
本发明提供了一种网架支座承载力的计算方法，如图1所示，具体包括：
S1、获取所述支座节点的三向设计荷载，并根据单向荷载确定所述支座的尺寸；
在本实施例中，在实际工程中，如果知道了支座节点的三向设计荷载，首先根据单向荷载，根据表1-1确定支座的尺寸类别，然后通过步骤S2中的公式来验证其三向受力状态，选取支座。
对于不同种类的支座，经过大量的有限元计算，不同类型的支座其首先进入屈服的位置相同，则承载力控制点的验算相同，所以，其承载力计算值相同。根据承载力的不同，在一个实施例中，当地脚螺栓的直径D＝30，42，56时，根据上述承载力公式，其单向承载力数据列于下表：
表1-1支座单向承载力
S2、对所述支座的三向承载力进行计算。
其中，步骤S2的具体过程如下：
S21、参照图2，计算所述支座的竖向受压承载力FZ：
FZ＝Sf
S＝2mt-t2
其中，螺栓球的半径为R，球心到肋板顶的距离为h1，m为所述支座的肋板上方容纳螺栓球的凹槽的最大开口直径，t为肋板板厚，螺栓球与肋板相交的部分的受力面积为S，f为支座的设计强度，且Q235钢的f＝235N/mm2；
S22、计算所述支座的竖向受拉承载力：
当所述支座竖向受拉时，底板出现第一批塑性铰线时的承载力为：
其中，如图3所示，a1为所述支座的底板的对角长度，b1为底板上远离设定对角线的顶点到该对角线的距离，α为与根据b1/a1的比值所对应的系数，当b1/a1＝0.5时，α＝0.06；e为底板的厚度，W为单位板宽的抗弯抵抗矩，F为支座节点承担的总拉力，A0为两邻边固定板的面积减去螺栓孔的面积的值；
本实施例中，计算所述支座的竖向受拉承载力，应满足地脚螺栓抗拉承载力Fbolt：
其中，d为地脚螺栓直径，地脚螺栓的抗拉承载力设计值为ft b＝140N/mm2。
S23、计算所述支座的水平受拉承载力：
当底板屈服时：
当肋板底部屈服时：
当肋板与螺栓球交界处屈服时：
其中，如图4所示设定支座的坐标结构，其中FY为第一方向的水平拉力，h0为肋板高度，c为螺栓中心间距，h1为球心到肋板顶部的垂直距离；
S24、计算所述支座的三向受拉承载力公式：
其中，FX为第二方向的水平拉力，Ft为单根螺栓的拉力，为单个螺栓的抗剪承载力，为单个螺栓的抗拉承载力，底板承压承载力Fv为螺栓剪力。
本实施例中，满足螺栓抗剪的承载力公式为：
其中，Fb为螺栓受拉和剪作用屈服时的承载力，Fc为螺栓孔壁挤压屈服时的承载力。
在一个具体的实施例中，设定如图5所示的坐标系，FX、FY、FZ为施加于节点球球心位置的力，FZ为拉力，为正值，FX、FY分别为沿X、Y轴的拉力，对于沿X、Y轴负方向的拉力，取绝对值。
则当所述支座竖向受压时，所述支座的三向承载力关系为：
其中，所述支座的底板屈服承载力为：
其中，危险螺栓的拉力为Ft，剪力在拉力和剪力的联合作用下，则应满足：
所述肋板和螺栓球交界面屈服应满足的公式：
所述支座的肋板底部破坏应满足：
本发明的网架支座承载力的计算方法，提出了网架支座节点的计算依据，可以增加网架支座结构的安全储备，并能够减少设计人员的劳动强度，增加网架支座设计的可靠性。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (4)

1.一种网架支座承载力的计算方法，其特征在于，包括：
S1、获取所述支座节点的三向设计荷载，并根据单向荷载确定所述支座的尺寸；
S2、对所述支座的三向承载力进行计算，具体如下：
S21、计算所述支座的竖向受压承载力FZ：
FZ＝Sf
S＝2mt-t2
其中，m为所述支座的肋板上方容纳螺栓球的凹槽的最大开口直径，t为肋板板厚，螺栓球与肋板相交的部分的受力面积为S，f为支座的设计强度，且f＝235N/mm2；
S22、计算所述支座的竖向受拉承载力：
当所述支座竖向受拉时，底板出现第一批塑性铰线时的承载力为：
其中，a1为所述支座的底板的对角长度，b1为底板上远离设定对角线的顶点到该对角线的距离，α为与根据b1/a1的比值所对应的系数，当b1/a1＝0.5时，α＝0.06；W为单位板宽的抗弯抵抗矩，F为支座节点承担的总拉力，A0为两邻边固定板的面积减去螺栓孔的面积的值；
S23、计算所述支座的水平受拉承载力：
当底板屈服时：
当肋板底部屈服时：
当肋板与螺栓球交界处屈服时：
其中，FY为第一方向的水平拉力，h0为肋板高度，c为螺栓中心间距；h1为球心到肋板顶部的垂直距离；e为底板厚度，a为底板长度，d为地脚螺栓直径，R为螺栓球半径；
S24、计算所述支座的三向受拉承载力：
其中，FX为第二方向水平拉力，Ft为单根螺栓的拉力，为单个螺栓的抗剪承载力，为单个螺栓的抗拉承载力，底板承压承载力Fv为螺栓剪力。
2.如权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述步骤S22中，计算所述支座的竖向受拉承载力，应满足地脚螺栓抗拉承载力Fbolt：
其中，d为地脚螺栓直径，地脚螺栓的抗拉承载力设计值为ft b＝140N/mm2。
3.如权利要求1所述的计算方法，其特征在于，步骤S24中，满足螺栓抗剪的承载力公式为：
其中，Fb为螺栓受拉和剪作用屈服时的承载力，Fc为螺栓孔壁挤压屈服时的承载力。
4.如权利要求1所述的计算方法，其特征在于，当所述支座竖向受压时，所述支座的三向承载力关系为：
其中，所述支座的底板屈服承载力为：
其中，危险螺栓的拉力为Ft，剪力在拉力和剪力的联合作用下，则应满足：
所述肋板和螺栓球交界面屈服应满足的公式：
其中：R为螺栓球半径；
所述支座的肋板底部破坏应满足：
其中：d为地脚螺栓直径。
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