本創作屬于建筑結構的計算分析領域，目的在于克服多枝杈碗蓋球支座的上部連接體結構接觸分析的復雜性，提供一種實用計算方法。包括以下步驟：S1.采用計算機建模軟件對支座進行三維實體建模；S2.采用計算機分析軟件將三維實體模型轉化成有限元模型，并進行網格劃分；S3.桿端邊界條件為通過在桿端設置剛性端板，施加上部結構整體計算得到的內力；S4.設置碗體殼與實心半球體的接觸邊界條件；S5.進行支座上部結構彈性分析，得到多枝杈碗蓋球支座強度應力。本創作根據支座的受力特點和結構構造特點、赫茲公式，確定接觸邊界的范圍形狀、大小、方向，簡化接觸邊界條件，克服了接觸非線性分析的復雜性。
【技術實現步驟摘要】
本創作屬于建筑結構的計算分析領域，更具體的說是一種多枝杈碗蓋球支座強度應力計算方法及其應用。
技術介紹
鑄鋼多枝杈碗蓋球支座構造形式如圖1所示，內部構造如圖2和圖3所示，整個支座包括上、下兩部分，支座上部分由多枝杈與碗體殼相連構成，支座下部分為實心半球體， 支座上部分扣合在支座下部分上，枝杈連接所支撐的上部結構。枝杈可以為多個，如深圳大運中心體育場包括三個枝杈，并設置有加勁肋與碗體殼連接；北京奧運會老山自行車館柱腳鑄鋼節為二個枝杈呈V字形與半球殼相連。深圳大運中心體育場采用了單層折面空間網格結構。懸挑長度在不同區域分別為 51. 9m到68.細，形狀呈馬鞍形。由20個形狀相似的結構單元通過空間相互作用聯系在一起，整個鋼屋蓋與混凝土看臺完全脫開，由20個鑄鋼多枝杈碗蓋球支座支承，多枝杈碗蓋球支座支承在標高6m處的鋼筋混凝土平臺上。該支座形式新穎，技術難度高，在國內外很少見，之所以少見，是因為其計算難度非常高，需要高速計算機長時間的計算才能得到準確的結構強度應力。現有設計標準 GB50017-2003《鋼結構設計規范》(以下簡稱“《鋼規》”)和CECS235 :2008《鑄鋼節點應用技術規程》都沒有對對該支座形式的計算分析方法。只有文獻趙憲忠，王冠男，陳以一， 等.北京奧運會老山自行車館柱腳鑄鋼節點試驗研究[J].建筑結構學報，2008二9(1) 11-15中對老山自行車館V字形柱腳鑄鋼節點進行了試驗研究，測試了節點表面的應力、支座轉動情況，指出了節點承壓面局部超過屈服強度，按端面強度應力的1. M 1. 68倍判定局部的安全性。但并沒有提出實用計算方法；其他文獻未見關于該形式支座的報道。現有技術的不足是1)規范沒有提供通常計算方法和實用計算方法；2)上述文獻是對支座進行接觸有限元通常分析，接觸有限元分析參數設置復雜， 屬于高度的非線性行為，設計人員不容易掌握且計算費時費力，障礙該項新技術的推廣應用；3)上述文獻對老山自行車館V字形柱腳鑄鋼節點進行了試驗研究，沒有提出實用計算方法。
技術實現思路
本創作的目的在于克服多枝杈碗蓋球支座的上部連接體結構接觸分析的復雜性， 設計一種簡化的技術結構模型，并提供一種實用計算方法，使其能夠適用于這種結構的分析計算。本創作通過下述技術方案實現上述目的。本創作提供一種多枝杈碗蓋球支座強度應力計算方法，針對的多枝杈碗蓋球支座結構包括上、下兩部分，支座上部分由多枝杈與碗體殼相連構成，支座下部分為實心半球體，支座上部分扣合在支座下部分上，枝杈連接所支撐的上部結構，所述方法包括以下步驟Si.采用計算機建模軟件對多枝杈碗蓋球支座進行三維實體建模；S2.采用計算機分析軟件將三維實體模型轉化成有限元模型，并進行網格劃分；S3.連接碗體殼的枝杈桿端邊界條件為通過在桿端設置為剛性端板，施加上部結構整體計算得到的內力；S4.設置碗體殼與實心半球體的接觸邊界條件半徑為r圓弧面區域的全約束；S5.進行支座上部結構彈性分析，得到多枝杈碗蓋球支座強度應力。所述步驟S4中r = l.ll |x」i .其中半徑r為圓弧接觸面在以支座合力V E d，Ntol作用線為法線的平面投影的正圓的半徑；Ntol為支座合力，其大小及方向從步驟S3中整體計算的支座反力獲得，為所有通過枝杈桿端施加在支座上的反力矢量和為下部實心球的半徑；r2為上部碗體殼半徑；E為材料彈性模量。其中步驟S5中的結構彈性分析為采用計算機方法對前述四個步驟做建立的模型進行靜力彈性分析，得到多枝杈碗蓋球支座強度應力。所述計算機方法為采用ABAQUS或 SAP2000或ANSYS軟件進行靜力彈性分析。所述計算機建模軟件為AUTOCAD或3DMAX或 SOLIDffORKS 等軟件。本創作主要應用于多枝杈鑄鋼碗蓋球支座強度應力的分析。本創作通過研究多枝杈碗蓋球支座的受力特點，將其釋放三個方向轉動自由度， 約束三個方向的線位移，支座受力整體表現為某一方向的合力，合彎矩為零。多枝杈碗蓋球鑄鋼支座的結構構造特點為碗體殼與下部實心球具有相同的圓心，既多枝杈碗蓋球支座的總合力通過圓心。其有益效果是根據多枝杈碗蓋球鑄鋼支座的受力特點和結構構造特點、 赫茲公式，確定接觸邊界的范圍形狀、大小、方向，簡化接觸邊界條件，克服了接觸非線性分析的復雜性。該創作有利于促進該新型支座的推廣應用，擴充多枝杈碗蓋球支座的應用領域，為未來的建筑設計提供更為廣闊的設計空間，開拓建筑設計的一片新天地。附圖說明圖1為本創作實施例多枝杈碗蓋球支座的立體結構圖；圖2為圖1的結構剖視圖；圖3為圖2的分解圖；圖4為圖1的另一結構剖視圖；圖5為實施例的上部碗體殼的局部接觸約束示意圖；圖6為采用傳統接觸分析方法的加勁肋第一主應力云圖；圖7為采用傳統接觸分析方法的碗體殼第一主應力云圖；圖8為實施例采用專利技術方法分析的加勁肋第一主應力云圖；圖9為實施例采用專利技術方法分析的碗體殼第一主應力云圖。具體實施方式以下結合附圖對本創作做進一步的解釋說明。本創作是基于計算機輔助設計的方法，在1. 35恒載+0. 98活載+0. 84風載(90° 風向角)+1. 2溫度作用(降溫25°C )組合工況下，由計算機依次按以下步驟實現的 利用AUTOCAD三維實體建模。然后導入ABAQUS、SAP2000或ANSYS等軟件形成三維實體有限元模型，并進行網格劃分。在連接碗體殼的枝杈桿端設置剛性端板，施加整體計算得到的內力。接觸邊界條件，如圖1、圖2、圖3和圖4的支座構造圖所示，包括上部分1和下部分2，支座上部分1由三個枝杈11、12和13與碗體殼14相連構成，支座下部分2為實心半球體，支座上部分1扣合在支座下部分2上，枝杈11、12和13連接所支撐的上部結構(圖中未示出)，枝杈11、12和13之間的設置有箱形加勁肋15與碗體殼14連接。從圖中可知，支座上部分1與下部分2實心半球同心，支座上部分1繞三個方向自由轉動，釋放三個方向轉動自由度，約束三個方向的線位移，支座受力整體表現為某一方向的合力Nt。1;合彎矩為零。Nttjl的大小及方向通過ABAQUS、SAP2000或ANSYS等軟件整體計算的支座反力獲得，為所有通過枝杈桿端施加在支座上的反力的矢量和。因此，支座合力Ntol 通過支座球心，接觸面的圓心通過支座合力Nttjl作用線，接觸面的半徑r由赫茲公式確定。 即本文檔來自技高網...
【技術保護點】
１．一種多枝杈碗蓋球支座強度應力計算方法，多枝杈碗蓋球支座包括上、下兩部分，支座上部分由多枝杈與碗體殼相連構成，支座下部分為實心半球體，支座上部分扣合在支座下部分上，枝杈連接所支撐的上部結構，其特征在于包括以下步驟：Ｓ１．采用計算機建模軟件對多枝杈碗蓋球支座進行三維實體建模；Ｓ２．采用計算機分析軟件將三維實體模型轉化成有限元模型，并進行網格劃分；Ｓ３．連接碗體殼的枝杈桿端邊界條件為通過在桿端設置剛性端板，施加上部結構整體計算得到的內力；Ｓ４．設置碗體殼與實心半球體的接觸邊界條件：半徑為ｒ圓弧面區域的全約束；Ｓ５．進行支座上部結構彈性分析，得到多枝杈碗蓋球支座強度應力。
【技術特征摘要】
1.一種多枝杈碗蓋球支座強度應力計算方法，多枝杈碗蓋球支座包括上、下兩部分，支座上部分由多枝杈與碗體殼相連構成，支座下部分為實心半球體，支座上部分扣合在支座下部分上，枝杈連接所支撐的上部結構，其特征在于包括以下步驟s1.采用計算機建模軟件對多枝杈碗蓋球支座進行三維實體建模；s2.采用計算機分析軟件將三維實體模型轉化成有限元模型，并進行網格劃分；s3.連接碗體殼的枝杈桿端邊界條件為通過在桿端設置剛性端板，施加上部結構整體計算得到的內力；s4.設置碗體殼與實心半球體的接觸邊界條件半徑為r圓弧面區域的全約束；s5.進行支座上部結構彈性分析，得到多枝杈碗蓋球支座強度應力。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟S4中3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于步驟S5中的結構彈性分析為采用計算機方法對前述四個步驟做建立的模型進行...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉瓊祥，張建軍，郭滿良，劉臣，彭省華，楊德喜，王啟文，彭德昭，李暉，
申請(專利權)人：深圳市建筑設計研究總院有限公司，
類型：發明
國別省市：94
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