[发明专利]空间网格结构试验模型节点配重装置及其设计方法

说明书

本发明公开了一种空间网格结构试验模型节点配重装置，所述空间网格结构试验模型包括多个中心节点、以及与所述中心节点相接的杆件，其特征在于，所述配重装置包括：与所述中心节点相适配的配重构件，所述配重构件由穿过所述中心节点中心及所述配重构件中心的螺杆装配覆盖在所述中心节点的外表面，所述螺杆的两端由螺帽固定。利用本发明，既可以满足配重的要求，又不改变杆件稳定承载力，可更准确地反映试验模型的受力性能；而且可以实现装配式安装，便于重复利用。

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，具体涉及一种空间网格结构试验模型节点配重装置及其设计方法。

背景技术

随着社会经济的发展，大跨度空间结构的应用越来越广泛。空间网格结构由于其受力合理和丰富的造型成为建筑师在设计大跨度空间结构时的首选方案，许多大跨度空间网格结构成为了城市的地标建筑。

空间网格结构的面内刚度大，面外刚度小，导致空间网格结构承载力由其稳定性能决定。与强度问题相比，稳定性问题分析难度大。除了理论推导和数值模拟，模型试验是研究空间网格结构稳定性能的主要手段。如何设计和制作缩尺物理模型成为开展空间网格结构地震模拟振动台试验研究的关键问题。由于动力试验缩尺模型存在重力失真现象，需要通过增加配重以消除重力失真效应，而增加配重后的球节点体积会增大至原来的数倍，但杆件的直径保持不变，这样增加配重后的球节点直径将会达到杆件直径的20倍以上，远大于不考虑配重时球节点与杆件的最大5％的直径比，如图1和图2所示。传统的空间网格结构模型试验研究已经取得了一定的成果，但是传统模型中的球节点设计仅是考虑了附加质量大小的要求，如此会带来以下问题：

(1)附加质量之后的节点体积数倍于实际节点体积，杆件的相似设计不满足；

(2)杆件的有效计算长度明显减小，过高估计杆件稳定承载力；

(3)杆件端部施加了难以接受的附加端部力矩。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种空间网格结构试验模型节点配重装置及其设计方法。

为此，本发明提供如下技术方案：

一种空间网格结构试验模型节点配重装置，所述空间网格结构试验模型包括多个中心节点、以及与所述中心节点相接的杆件，所述配重装置包括：与所述中心节点相适配的配重构件，所述配重构件由穿过所述中心节点中心及所述配重构件中心的螺杆装配覆盖在所述中心节点的外表面，所述螺杆的两端由螺帽固定。

可选地，所述配重构件包括：一层或多层可拆卸的配重块。

可选地，每层的配重块包括两个配重单元，在每个所述配重单元的中心位置设置有通孔，所述螺杆穿过所述通孔。

可选地，不同层的配重块的材质相同或不同。

可选地，所述中心节点的形状为以下任意一种：球体、柱体。

可选地，所述中心节点为以下任意一种：焊接球节点、螺栓球节点、毂节点、相贯节点、铸钢节点。

一种空间网格结构试验模型节点配重装置的设计方法，所述空间网格结构试验模型包括多个中心节点、以及与所述中心节点相接的杆件，所述方法包括：

根据与中心节点相适配的配重构件需要的开挖角度，确定物理模型中配重构件的种类；

对于每类配重构件，确定所述配重构件开挖位置的角度及高度；

确定配重构件的直径，根据结构动力相似关系确定配重大小。

本发明实施例提供的空间网格结构试验模型节点配重装置及其设计方法，既可以满足配重的要求，又不改变杆件稳定承载力，从而可更准确地反映试验模型的受力性能。另外，本发明空间网格结构试验模型节点配重构件还实现了配重可调，具有安装方便、可重复使用的特点。

附图说明