施工技术与应用 【ｏａｕｉｍ 焊接空心球节点在轴力作用下的承载力计算 摘要：焊接空心球节点是空间结构中重要的节点形式，构造和受力简单明确。阐述了焊接球节点的破坏机理，根据以往试验结 果分析了焊接空心球的直径和壁厚、钢管的直径以及钢材的屈服强度对焊接空心球节点在轴力作用下的承载力的影响。最后，根据 这些试验结果回归出了焊接空心球节点在轴力作用下的承载力的计算表达式。 关键词：焊接空心球节点；空间结构；轴压试验；极限承载力 焊接空心球节点（图１）是由两个经过钢板冲压而成的半球焊接形成，现已 成为空间结构中一种重要的节点形式，并广泛应用。这种节点的构造和受力 简单明确，便于与任意方向杆件连接，是在节点交汇杆件较多时优势更加明 显。 试验完 成人 焊缝处的应力最大，应力集中明显，此处首先屈服，焊接球钢板屈曲下陷，最 后发生局部失稳。 表１试件参数及试验结果 试件 空心球 空心球 钢管 钢材屈 试验极限 公式计算极限 公式与试验 编号 直径 Ｄ（ｍｍ） １ ３００ 国内对焊接空心球节点研究较多，刘锡良［１Ｊ、薛万里［２】和周学军［３］等很 多学者进行过试验研究，并提出了各自的焊接空心球节点在轴力作用下的承 载力计算公式。本文根据国内以往的试验结果，提出了新的焊接空心球节点 在轴力作用下的承载力计算表达式。 壁厚 直径 服强度 承载力 （ ） ４６ｌ ４４ 承载力 ’（ｋＮ） ５５３ ５３ 结果的比值 Ｎ ｍ ｌ ２０ ｔ（ｒａｍ） ｄ『ｒａｍ） ｆｙ（ＭＰａ） ８ １０２ ２９０ ６ 薛万里【 】 ２ ３ ４ ５ ６ ３００ ４００ ４００ ２５０ ５００ ８ １４ １４ ８ １６ １０２ ｌ５０ １５０ １０８ ２ｌ９ ３６２ ７ ２９８ ６ ３６４ ６ ２８０ ３６０ ５７０ ９９ ｌ５ｌ１ ９２ ｌ７０８ ４６ ５６２ ３１４０ ６９０ ８６ １６３６ ７０ １９９８４７ ７４０１２ ３９１８ ８６ １ ２１ ｌ ０８ １ １７ １ ３２ ｌ ２５ １焊接空心球节点轴压试验 由于影响焊接空心球节点在轴力作用下的承载力的因素很多，国内很多 学者都对其进行了试验研究。 １．１试验描述 周学军ｌ引 ７ ８ ５００ ５５０ ５５０ ６５０ ８００ ２０ ２５ ２５ ２５ ２２ ２１９ ２１９ １８０ ２ｌ９ ３２５ ３６０ ３６０ ３６０ ３６０ ３８５ ３７０ｏ ４０００ ３４００ ３８５０ ７８０９ ４８９８ ５７ ５５０４ ６７ ３６１９ ０３ ４５５３．０６ ７８６３ ０１ １ ３２ １ ３８ ｌ ０６ １ ｌ８ １ ０１ 确定焊接空心球节点在轴力作用下的承载力的试验方法主要为轴压试 验，图２为轴压试验模型示意图。影响焊接空心球节点在轴力作用下的承载力 的因素很多，包括焊接空心球的直径、壁厚，钢管的直径和壁厚以及钢材的 屈服强度等。表１给出了国内所做的焊接空心球节点轴压试验的试件参数及 试验结果 试件钢材的屈服强度由制作焊接空心球节点的钢材经过才行试验 测得，各试件屈服强度的数值也在表１中给出。 ９ ｌ０ ｌ１ １２ ８００ ２５ ３２５ ３８５ ９０１５ ８９３５ ２３ ０．９９ 嘲 １３ １４ ８００ ８００ ２８ ３０ ３２５ ３２５ ３８５ ３８５ １０３５４ ｌ１３３２ １０００７４６ ｌ０７２２ ２８ ０ ９７ Ｏ ９５ ｌ５ ８００ ３５ ３２５ ３８５ １３４４５ １２５０９ ３３ ０ ９３ ■ 图１焊接空心球节点 １．２试件的破坏模式 ２影响焊接空心球节点在轴力作用下的承载力的因素 试验结果表明，影响焊接空心球节点在轴力作用下的承载力的因素很 多，主要有：焊接空心球的直径和壁厚、钢管的直径以及钢材的屈服强度等。 ２．１焊接空心球的直径的影响 分析表１中的试件１Ｏ～ｌ３，相对于试件１Ｏ，试件１１～１３的混凝土强度提高， 连接件极限承载力分别提高了。从图２可以看出，连接件的承载力随着混凝土 强度的增加而线性增长。 ２．２焊接空心球壁厚的影响 图２试验模型示意图 在以上所有试验中，为保证焊接空心球节点的破坏是由球体的失效引 起，而非钢管承载力不足所致，将钢管的壁厚增加到球体壁厚｝Ｊｌ１：６～８ｒａｍ，以保 分析表１中的试件１１～１５，相对于试件１１，试件１２～１５的空心球壁厚提高 １４％、２７％、３６％和５９％，空心球的极限承载力分别提高了１５％、３３％、４５％和 ２．３钢管直径的影响 证钢管不先于焊接空心球破坏。钢管的长度由两个主要因素确定，一是保证 ７２％。可以看出，焊接空心球的承载力随着空心球壁厚的增加而线性增长。 钢管不出现强度破坏和屈曲，同时，过长的钢管会导致焊接空心球节点安装 定位和焊接偏差而带来的较大二次弯矩；二是钢管长度过小会使钢管传力不 均，不能实现轴向受力状态。因此，根考虑施加荷载的扩散，取钢管长度为焊 接球直径的两倍。焊接球与钢管连接焊缝的设计是节点设计中的关键，要求 其承载力要高于焊接球以保证破坏发生在球体上。 焊接空心球节点在轴力作用下的承载力试验极限承载力由以下两种方 法判定：（１）当继续加载而荷载读数不再增加，此时读数即为极限承载力；（２） 取荷载一变形曲线的峰值为极限承载力。 焊接空心球节点有加肋与不加肋之分，本文所提及的试验都是针对不加 肋的情况。 所有的试验都表明，焊接球节点的受力经历３个阶段：弹性阶段、弹塑性 阶段和破坏阶段。荷载较小时，焊接球和钢管的变形都很小，球节点处于弹性 状态；随着荷载的增大，球节点和钢管的变形速率逐渐增大，节点处在弹塑性 状态；当荷载接近极限荷载时，球节点和钢管的变形发展迅速，可听到焊接球 焊缝局部断裂的响声，达到极限荷载时，球节点屈曲，试验结束。 焊接球节点在轴向压力作用下，同时具有很大的薄膜应力和弯曲应力， 对比表１中的试件８、９，相对于试件９，试件８的钢管直径提高２２％，空心球 的极限承载力提高了１８％。可以看出，钢管直径的增大对焊接空心球承载力 的提高帮助明显。 ２ ４钢材屈服强度的影响 对比表１中试件１、２，试件２因为钢材屈服强度提高２５％，焊接空心球的承 载力也相应提高２４％。试件４的钢材屈服强度比试件３提高２２％，焊接空心球承 载力提高了１４％。焊接空心球的承载力随着钢材屈服强度的增加而线性增 长。 ３焊接空心球节点在轴力作用下的承载力计算 焊接空心球节点在轴力作用下的承载力的影响因素主要是：焊接空心球 的直径Ｄ和壁厚ｔ、钢管的直径ｄ以及钢材的屈服强度７；等。 焊接空心球节点在轴力作用下的承载力回归公式模型为： ｒ ＝ｄ、 ｆ ０【＋ｐ ／ 式中：Ⅳ曲焊接空心球节点在轴力作用下的极限承载力，ａ、Ｂ为回归系 径向应力远大于环向应力，使球体发生较大的塑性变形。焊接球与钢管连接 数，其它参数的意义同前。 （下转第４０３页） ‘３９７。 施工技术与应用 路堑过渡段在分界处设路基面观测断面，每个观测断面设３个观测桩。沉降观 二 ≤二 测水准的测量精度不低于ｌｍｍ，读数取位至０．１ｍｍ。沉降观测的频次按路基沉 降观测频次进行。当环境条件发生变化或数据异常时及时进行观测。 ６结束语 高速铁路沉降观测在整个工程中起着至关重要的作用。本文对不同的施 水准路线观测示意图（贯通后） 水准路线观测示意图（未贯通） 工时段、施工部位进行了详细分析，并在实际工作中取得了良好的效果。高速 ５过渡段沉降观测 铁路沉降变形观测工作的科学有序进行，得益于以上方案满足高标准、高要 求、高效率的工作要求，并最终为高速铁路平稳、舒适、安全的运营提供扎实 过渡段沉降观测应以路基面沉降和不均匀沉降观测为主，沉降观测期与 的基础保障。 路基相同，不少与６个月。路桥或路隧交界处的差异沉降不应大于５ｍｍ，沉降 造成的路基与桥梁或隧道的折角不应大于１／１０００。分别在路桥、路涵、路隧过 作者简介： 渡段的结构物起点、距结构物起点５～ｌＯｒｅ处、１５～２５ｍ处、５０ｍ处各设一个观 杨芳云男（１９７９．０１￣）工程师中国水利水电第四工程局有限公司勘测设计 测断面，沿涵洞轴线设路基面观测断面，每个观测断面设３个观测桩。路堤和 研究院 （上接第３９３页）６、安全文明施工措施 管路及时清理干 ６．６运转平台上不得堆放过多保温材料，做到当天领的料当天用完。 ６．１落实安全生产责任制，明确各级人员的职责。 ６．７保温产生的废料集中回收，分类存放，施工现场没有处理能力的废料 ６．２严格做到不在保温棉堆放区、油漆堆放区、料库等处吸烟。 返还生产商，由专业单位进行处理。 ６．３喷涂、抹面作业人员穿个人防护工作服。 ６．４喷涂机械发生堵塞或其他故障时，应立即停机并截断电源进行检修， ７、结语 确认正常后方可使用。 总之，该施工技术在汽机保温的运用，能起到良好的保温效果，满足设计 ６．５喷涂时头不得对准人体，喷涂如需较长时问中断，应将喷及有关 要求，同时施工降低劳动强度，节省人力，有利于文明施工。 （上接第３９４页）传递，网络技术的应用可以提高施工数据资料的处理效率。 参考文献 ３．３高度重视公路桥梁的超载问题 【１】刘丹阳淳齐森；孙振华．路桥梁施工技术的不足及改进措施卟天津商 超载的车辆经过桥梁时，车辆的超载压力会直接影响桥梁的使用寿命， 学院学报，２０１１，１０（０３）：１２１－－１４５． 破坏桥梁的整体结构。此外，车辆超载所损害的桥梁基本上没有了挽救的可 【２】辛耀中－王云霞；赵柬良试路桥梁施工技术的不足及改进措施【『】．黑龙 能。因此，施工单位需要高度关注公路桥梁的超载问题 。 江科技信息，２０１０，２２（０９）：１１２—１３Ｏ． ４．结语 ［３］李群芳；欧阳树；陈春燕；唐德．分析研究公路桥梁施工技术的不足及改进措 施卟中华民居（下旬－７１】），２０１１，２１（Ｏ７）：１４５—１６３． 综上所述，我国公路桥梁施工技术存在着：施工难度在不断加大、使用寿 作者简介： 命偏短、桥梁的承载能力不高等问题。这就要求施工单位将高科技技术和信 唐伟（１９８４年７月２ Ｅ１）性别：男、民族：汉，籍贯：四川省南充、２００４年毕业于太 息化先进技术运用到公路桥梁施工技术中，高度重视公路桥梁的超载问题， 原ＪＥ－ｒ－大学土木工程专业，现供职单位：中铁十二局集团第三工程有限公司， 才能最大限度地改进施工技术，保障桥梁工程的质量，提高公路桥梁的使用 职称：工程师，学位：本科，研究方向：施工技术 寿命。 （上接第３９７页） 根据表１的试验结果，经过回归分析，得到：ｄ一０．１１、 接空心球节点在轴力作用下的承载力计算表达式。该式与试验结果吻合的较 Ｂ＝２．４１。则焊接空心球节点在轴力作用下的承载力计算的具体公式为： 好，由于回归表达式基于多个研究者的试验结果，表达式更准确可靠。 ＝－０．１１＋２．４１ 参考文献： 本表达式是由表１的试验结果回归分析得到，所以只适用于无肋焊接空 【Ｉ】薛万里，张其林＿圆钢管焊接空心球节点受压破坏机理与试验研究Ⅱ］．建筑 心球节点。 结构学报，２００９，３０（５）：１５５—１６１． 表１同时给出了本文表达式对各个试件极限承载力的计算值以及计算值 『２】周学军网架结构超大直径焊接空心球节点破坏机理分析及其承载能力的 与试验值的比值，可以看出计算值与试验值吻合的较好。 试验研究【Ｄ】．天津：天津大学，１９９６． 【３】，栾蔚．大尺寸焊接空心球节点试验中极限承载力研究Ⅱ］．空间结构， ４总结 ２０１１，１７（３）：４３—４６ 根据以往研究者对焊接空心球节点轴压试验的结果，通过回归分析，焊 （上接第３９８页）筑的地基施工中，应该把施工的关键和核心放在质量的把关 参考文献： 上，只有把好了地基施工的质量关，才能确保整个房建建筑的质量，也才 【１］李洪录．高层建筑施工技术要点分析田．科技致富向导，２０１２，０８：１９１． 能让放心的把房建工程投入使用。本文分析了高层建筑的地基施工中应 ｆ２］曹占西．高层建筑工程施工技术要点田．科技致富向导，２０１２，３０：３６８． 该注意的的一些事项，然后提出高层建筑地基的施工方法，以及建筑地基 ［３】王志寒高层建筑地基的施工技术特点分析及质量控制措施Ⅱ］商品混凝 施工技术特性及质量控制要点，希望通过这篇文章，让更多的人认识到高 土，２０１３，０５：９８＋１００ 层建筑的地基施工技术要点。 【４］《山西建．￣）２００４年总目次 山西建筑，２００４，２４：１３７—１５６． （上接第４００页）施工技术，为建筑工程楼板施工提供了新的思路，拓宽了楼板 ［２】白林红．采用钢筋桁架替代压型钢板的技术经济分析Ｕ】《山西建筑》，２００８． 施工的道路，必然具有广阔的市场和良好的发展应用前景。 【３】中国工程建设协会标准．ｃＥｃｓ２７３：２Ｏ１Ｏ《组合楼板设计与施工规范》．北京： 中国计划出版社，２０１０． 参考文献： 【４］冶金工业部建筑研究总院．ＧＢ５０２０５—２ＯＯ１《钢结构工程施工和质量验收规 ［１】王建忠．钢筋桁架楼承板的设计与施工探讨《广东土木与建筑》，２００８．２． 范》北京：中国计划出版社，２００２． ．４０３
