管桁结构相贯节点支管离散化相贯线计算和平面展绘方法.pdfVIP

第六届全国现代结构工程学术研讨会 管桁结构相贯节点支管离散化 相贯线计算与平面展绘方法 李娜 罗尧治 (浙江大学空间结构研究中心，杭州310027) 摘要：在空间管桁结构中，相贯节点处往往出现数量较多且规格不同的钢管交汇焊接的情况。为保证焊缝均匀、焊接可 靠，需要较为精确地计算相贯线的形状，以便于加工与施焊。本文在工程应用的基础上提出支管离散化相贯线计算与平面展 绘方法，并编制了相应的计算机程序。经过实际工程设计与施工检验证明此种相贯线的计算与平面展绘方法是可以满足工程 应用要求的。 关键词： 管桁结构，相贯线，平面展绘 一、引言 管桁结构以其简洁大方的外观造型、对称闭合的截面形式以及较好的整体受力性能等特点，逐渐在门 厅、体育馆、展览馆、会场、航站楼、车站等大跨度空间结构中得到广泛应用¨1。此种结构在构件连接处 采用相贯节点，代替了常见的球节点连接方式，简化了节点构造，使整个结构线条流畅、轻巧优美，特别 适合于造型别致、富于曲线变化的空间建筑。 管桁结构的结构体系为平面或空间桁架，在节点处只有在同一轴线上的两个最粗的相邻杆件贯通，称 为主管；其余杆件通过端部相贯线加工后，直接焊接在贯通杆件的外表，称为支管。支管在节点部位可能 分离，也可能部分搭接。在节点处因为汇交钢管的数量、角度、尺寸的不同使得支管相贯线形态各异，为 了保证钢管相贯处焊缝均匀，焊接可靠，需要将带有空间曲线即相贯线切口的腹杆在焊缝处准确切割成型。 因此相贯线的计算对于钢管相贯节点连接的设计、杆件加工、施工等都是非常重要的。 文献[2]中已经推导出具有单根与两根腹杆的节点其支管相贯线的空间方程及平面展绘方程，但在实 际工程中相贯节点形式较为复杂，不只限于一两根腹杆，且还可能存在较为繁乱的搭接构造，这种情况下 公式不再适用；推导出的方程较为繁复，不太适于编程电算，这样在处理稍微复杂的节点构造时就显得力 不从心。因此，从工程实际应用出发，为便于准确快捷的展绘复杂节点的相贯线，采用支管离散化计算方 法会有更大优势，它不受腹杆数量的限制，无需判断节点具体构造情况，计算过程适于编程实现，从而使 得空间相贯线的计算与展绘变得更为简洁实用。 二、支管离散化相贯线的计算方法 支管离散化相贯线的计算方法是将所需计算的支管圆柱面沿杆轴方向进行离散，代换为一组直线束， 利用计算机应用的快捷性，对离散直线一一进行循环，求解直线束两端在节点处与其它杆件的交点，并进 行相应判断，选取位于相贯线上的点，构成相贯线点群，从而得到相贯线离散数值点，用来进行相贯线的 展绘。只要支管离散数达到工程应用要求，求解出的相贯线点群所展绘的相贯线即可满足精度要求。 (一)支管的离散化 工业建筑2006增刊 第六届全国现代结构工程学术研讨会 LZ” 、、 。 厂‘ 胁i：o 、X” ＼ O”， i=N ＼． ．／ 图1支管离散化示意图 图2局部坐标系下离散支管圆柱面 据精度要求，在局部坐标系下将支管圆柱面离散为N条直线(图1)，再通过坐标系变换将其转为整体 坐标系下的方程。 l、在局部坐标系下离散支管圆柱面 如图2所示建立局部坐标系，以支管轴线方向为Y”轴，以支管横截面为x”O”Z”平面。 图中：0=2z／N Zvv=R×sin目 i=0，1，…