焊接空心球节点技巧【干货】

焊接空心球节点

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焊接空心球在我国已广泛用作网架结构的节点，设计与制作、安装的技术都比较成熟，这种节点在构造上比较接近于刚接计算模型，近年来在我国单层网壳中也得到了应用，并取得了一定的经验。

过去《网架结构设计与施工规程》JGJ 7—91曾提出直径为120～500mm空心球的受压、受拉承载力设计值的计算公式。原公式是以大量空心球的试验结果为依据，通过数理统计方法进行回归分析而得到的经验公式，由于当时所试验的空心球直径多在500mm以下，原公式只适用在此直径范围以内，随着网架与网壳结构跨度的不断增大，在工程实践中出现了直径大于500mm的空心球，通过一些实物试验表明，原公式已不能反映直径更大空心球的承载力，为此，曾对直径大于500mm空心球的承载力进行了理论分析。由于节点破坏时，钢管与球体连接处已进入塑性状态，并产生较大的塑性变形，分析中采用了以弹塑性理论为基础的非线性有限元方法。

焊接空心球节点是一种闭合的球形壳体，对于受压为主的空心球节点，其破坏机理一般属于壳体稳定问题，而以受拉为主的空心球节点，其破坏机理则属于强度破坏问题。规程是通过构造要求避免了空心球节点受压时的失稳破坏，从而将其转化为主要是强度问题。空心

球节点的强度破坏具有冲剪破坏的特征，因此球体的受拉、受压承载力均主要与钢材的抗剪强度及杆、球相连处的环形冲剪面积等因素有关，当空心球及与之相连的杆件的几何尺寸相同时，空心球节点的受压与受拉承载力也应当一致，计算时可采用同一公式。

根据以往的试验结果和理论分析结果，在保证材料质量、制作工艺及精确度和焊接质量的前提下，影响空心球节点承载力的因素主要是：空心球节点的壁厚t、空心球节点的外径、与空心球相连接的钢管外径。空心球节点的承载力与各个影响因素之间存在着如下关系：即随空心球壁厚t的增大而增大，随空心球外径的增大而降低，随管径d的增大而增大。

以大量的试验结果和有限元分析结果为依据，根据试验所得到的相关因素的关系，通过数理统计方法进行回归分析，得到了可应用于直径在120～900mm的空心球节点受拉和受压承载力的统一公式。该公式不仅与现有试验资料基本吻合，而且覆盖了《网架结构设计与施工规程》JGJ 7—91中的原设计公式，将应用范围扩大到直径在500mm以上的空心球。

由于单层网壳的杆端除承受轴向力外，尚有弯矩、扭矩及剪力作用。精确计算空心球节点在这种内力状态下的承载力比较复杂。为简化计算，将空心球承载力的原计算公式乘以一考虑受弯影响的系数，作为其在压弯或拉弯状态下的承载力设计值。在单层球面及柱面网壳中，由于弯矩作用在杆与球接触面产生的附加正应力在不同部分出入较大，一般可增加20%～50%左右，而且单层网壳计算多为稳定控制，因此杆件截面的内力都较小。由于稳定要求，往往会增大杆件的钢管直径，这将导致空心球承载力提高，使空心球壁厚减薄，这对单层网壳假定节点为刚接的计算模型十分不利。考虑上述因素，在承载力的计算公式中乘以0.8的受弯影响系数。

2 所提出的一些构造要求是为了避免空心球在受压时会由于失稳而破坏。为了使钢管杆件与空心球连接焊缝做到与钢管等强，规定钢管应开坡口，焊缝要焊透。根据大量工程实践的经验，钢管端部加套管是保证焊缝质量。拼装方便的好办法，此外对焊缝高度也做了具体规定。

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