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    一种角钢节点的自动设计方法

    2018-12-20   来源:   点击数:15次 选择视力保护色: 杏仁黄 秋叶褐 胭脂红 芥末绿 天蓝 雪青 灰 银河白(默认色)   合适字体大小:
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       中国钢管信息港数据获悉:轻钢结构已在房屋建筑中得到广泛的应用,而轻钢结构房屋的主要构件是宽翼缘焊接H型钢梁、钢柱。这些构件在制作过程中都需要焊接,都不可避免存在焊接变形问题。如果焊接变形不予以矫正,则不仅影响结构整体安装,还会降低工程的安全可靠性。
      
      焊接结构发生了超出技术要求所允许的变形后,应设法矫正,使之符合产品质量要求。实践证明,很多变形的结构是可以矫正的。各种矫正变形的方法实质上都是设法造成新的变形去抵消已经发生的变形。
      
      一种角钢节点的自动设计方法吴玉光,杨兵(河海大学机电工程学院,江苏常州点板的形状。将节点上所有节点板根据所在功能面的重要程度进行剪裁和组装,完成节点设计。
      
      72:A钢结构节点是指杆件连接的交点,参与连接的杆件通过节点板采用焊接或铆接方式互相连接在一起。钢结构节点设计的主要任务是:首先根据钢结构的功能和结构要求确定节点处节点板数量每一块节点板的形状和方位、节点板之间的位置关系和连接关系等;然后根据杆件的受力情况,按照一定的规则和标准进行必要的强度计算,以确定每一块节点板具体尺寸;最后根据设计结果绘制节点板的施工图。
      
      钢结构节点设计是整个设计工作中最烦琐也是非常重要的环节,节点设计的工作量约占总设计工作量的三分之二。尤其在施工图中,节点图形包括相关的尺寸、标注等占图纸内容的绝大部分。因此,节点设计是否得当,将直接影响钢结构的设计质量和工程成本。
      
      国内外有关钢结构杆件连接节点设计技术的不多。目前的钢结构设计软件也没有很好地解决节点设计问题,有的钢结构软件甚至没有节点设计功能。钢结构节点设计基本上采用模板技术和参数化设计思想,如中科院计算所开发的PDSoft系统。这种方法虽然有实用、可靠的优点,但由于节点类型多、数量大,即使穷举全部节点类型也相当困难,更不要说建立全部节点库。因此,节点设计的自动化程度还很低。
      
      本文提出一种角钢钢结构焊接节点板自动设计方法。该方法将钢结构节点看作是连接杆件所在面的交点。首先将节点处相连接的杆件根据所在功能面进行划分,对每一个功能面根据相连接的杆件类型和方位自动确定节点板的形状和位置,然后将同一节点上所有功能面对应的节点板进行组装,通过节点板的相互切割形成具体的节点板。该方法不需建立节点样板库。
      
      1角钢节点的功能面和基本节点板为角钢节点的最一般情况。角钢节点上的杆件根据空间位置关系分成柱、梁撑三种杆件类型。从图中可以看出,组成角钢节点的节点板根据其相对于节点的位置关系,可将节基金项目:河海大学常州校区青年科技基金资助项目(CJ2001-河海大学常州分校学报点板分为三种基本形式,如所示。根据连接杆件之间*的位置关系建立节点板的局部坐标系,可以看出这三种节点板分别用于连接位于一个象限内的杆件两个相邻象限内的杆件和四个象限的杆件。分别将这三种节点板称其为1号、2号和3号基本节点板。这三种基本节点板可以组成任意复杂的角钢节点。
      
      根据节点上的三种杆件类型,将节点上的杆件轴线所组成的面分为柱面、梁面和撑面。柱面是指组成该平面的杆件轴线可以有柱、梁和撑,并且其中必须包含柱的轴线角钢节点的平面;梁面是指组成该平面的杆件轴线只有梁和撑轴I'1线,并且其中必须包含梁的轴线的平面;撑面是指组成该angk基本节点板平面的杆件轴线只有撑轴线,并且该节点上没有柱和梁的平面。如所示,以线段代表杆件,线段的交点代表节点。如八户4,八户3,P5P8,P6P7为柱的轴线;乃,P2P6,乃P5,P5P6等为梁的轴线;组成的柱面,又存在由PW2P5P6组成的梁面;而节点P9只有撑面,即由P3P6和P2P7组成。
      
      2角钢节点板自动设计算法节点的功能面分解2.1基本节点板坐标系的确定从以上分析可知,为了确定给定功能面上的节点板属于哪种基f本节点板类型,首先必须根据该平面上的杆件轴线建立节点板坐标系,然后根据杆件轴线在该坐标系中的分布状况确定基本节点板的形式。确定节点板坐标系的具体实现过程如下:a.以杆件轴线的交点为节点板局部坐标系的原点。
      
      b.确定节点板局部坐标系的x轴。如果存在杆件轴线对局部坐标系原点是贯穿的,或者存在两根杆件的轴线是共线的情况,则以这类杆件轴线为x轴。否则,以能将其余杆件划分在该杆件两侧的数量差最大的杆件为x轴。x轴的正向在y轴正向确定之后根据右手法则确定。
      
      如(a)中杆件a轴线将其余杆件轴线划分为a的两侧,而且这种划分方法能使一杆的两侧的其余杆件的数量差为最大,因此a杆为x轴。
      
      c.确定节点板局部坐标系的y轴。如果只存在一根垂直于x轴的杆件,并且该杆件对局部坐标系原点是贯穿的……则以该杆件为y轴,取x轴两侧中其余杆件数量多的!侧为y轴的正吴玉光,等一种角钢节点的自动设计方法向;如果只存在一根垂直于x轴的杆件,并且该杆件的端点与坐标原点重合,则以该杆件为y轴,其正向为原点指向杆件另一端点的方向,如(b)所示;否则,取x轴两侧中杆件数量多的一侧为y轴的正向。如(c)中杆件a为x轴,则向上的方向为y轴的正向。
      
      中国钢管信息港数据获悉:节点板坐标系根据杆件轴线在局部坐标系中的分布情况来确定该平面选用的节点板类型。如果杆件轴线分布在局部坐标系的一个象限内,则选用i号基本节点板;分布在局部坐标系的两个相邻象限内选用2号基本节点板;否则,选用3号基本节点板。例如(b)和(c)所示节点用2号节点板,(a)用3号节点板。
      
      2.2角钢节点板的自动生成算法在角钢节点板的自动生成算法中,首先将给定的角钢节点划分成各个功能面,对每一个功能面建立坐标系,并且据此坐标系确定节点板的类型。对同一类型的节点板规定一个统一的长度和宽度尺寸。由于节点上不同功能面上的节点板互相干涉,根据节点板的重要程度确定哪一块节点板应该减去相干涉部分。其算法框图如所示。实现过程为遍历钢结构的各角钢节点,对于每个节点作如下处理:河海大学常州分校学报a.确定所有柱面上的节点板类型。当一个节点存在多个柱面时,则各个柱面的处理顺序为:首先确定有梁贯穿当前节点的柱面,然后确定两梁共面的柱面,第三确定只有一根梁的柱面,最后确定没有梁而只有撑的柱面。对于每个柱面上的节点板,用所有己经确定的节点板与之进行几何求交,减去相交的部分,余下的部分就是当前节点板的真实形状和位置。
      
      b.确定梁面上的节点板。用所有己经确定的节点板与之进行几何求交,减去相交的部分,余下的部分就是当前节点板的真实形状和位置。
      
      c.确定撑面上的节点板。对于存在多个撑面的空间节点,处理顺序为:首先确定节点上有撑贯穿的撑面,然后确定有两撑轴线共面的撑面。
      
      经过上述的算法,每个节点上的节点板形状即可以确定。然后利用节点板的几何参数提取模块,确定每一块节点板的几何参数,通过强度计算或者交互设计确定节点上的节点板具体尺寸,完成节点设计。中国钢管信息港数据获悉
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