3 支承件承載力的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)方法
3·1 支承件承載力的設(shè)計(jì)公式
與緊固件的研究類(lèi)似,通過(guò)線性有限元分析可以計(jì)算出支承件在不同受力狀態(tài)下的應(yīng)力狀態(tài)并且可以僅取支承件的一肢建模計(jì)算[2]。支承件肢的受力狀態(tài)分為垂直于支承件平面受力、沿肢向受力和沿肢切向受力三種(圖5)。
1)X型支承件
根據(jù)有限元分析,X型支承件在三種受力狀態(tài)下vonMises應(yīng)力最大值都出現(xiàn)在離端部約0·27倍肢長(zhǎng)處,因此,當(dāng)X型支承件受三種力組合作用時(shí),應(yīng)力由同一個(gè)截面(截面1)控制。X型支承件的承載力計(jì)算公式為:σ=T1h1/Wz+T2/Az+T2h2/Wz+T3h1/Wy≤σy（5）式中,T1、T2、T3、h1、h2如圖5所示;Az為螺桿最大應(yīng)力截面的面積;Wy、Wz為螺桿最大應(yīng)力截面繞y-y軸和z-z軸的彈性抵抗矩。
2)H型支承件中間肢(I型支承件)有限元分析表明,當(dāng)H型支承件受到垂直于支承件平面的作用力時(shí),vonMises應(yīng)力最大值出現(xiàn)在肢的根部(截面1),并伴隨有應(yīng)力集中現(xiàn)象,應(yīng)力集中系數(shù)為2·25[2];當(dāng)H型支承件受到徑向力和切向力作用時(shí),vonMises應(yīng)力最大值都出現(xiàn)在肢的端部(截面2),并且也有應(yīng)力集中現(xiàn)象,應(yīng)力集中系數(shù)分別為1·9和1·3。根據(jù)以上分析,H型支承件在受三種力的組合作用時(shí),最大應(yīng)力可能出現(xiàn)在肢根部和端部,因此其承載力的計(jì)算公式如式(6):
σ1=γ1T1h1/Wz≤σy
σ2=γ2T2/Ay+γ3T3h2/Wy≤σy(6)
其中,γ1=2·25,γ2=1·9,γ3=1·3。
3)H型支承件邊肢
與H型中間肢相似,當(dāng)H型支承件受到垂直于支承件平面的作用力時(shí),vonMises應(yīng)力最大值出現(xiàn)在肢的根部(截面1),并伴隨有應(yīng)力集中現(xiàn)象,應(yīng)力集中系數(shù)為2·55[2];當(dāng)H型支承件受到徑向力和切向力作用時(shí),vonMises應(yīng)力最大值都出現(xiàn)在肢的端部(截面2),并且也有應(yīng)力集中現(xiàn)象,應(yīng)力集中系數(shù)分別為5·5和1·4。根據(jù)以上分析,H型支承件在受三種力的組合作用時(shí),最大應(yīng)力可能出現(xiàn)在肢根部和端部,因此其承載力的計(jì)算公式如下:
σ1=γ1T1h1/Wz≤σy
σ2=γ2T2/Ay+γ3T3h2/Wy≤σy(7)
其中,γ1=2·55,γ2=5·5,γ3=1·4。
4)圓盤(pán)滑動(dòng)型支承件
當(dāng)圓盤(pán)滑動(dòng)型支承件的一肢受到垂直于支承件平面的荷載和沿肢切向的荷載時(shí),在其根部(截面1)達(dá)到vonMises應(yīng)力最大值,同時(shí)受垂直于支承件平面荷載時(shí),在肢與圓盤(pán)連接段(截面2)會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中,應(yīng)力集中系數(shù)為1·34;當(dāng)肢上受到徑向荷載時(shí),在截面2達(dá)到vonMises應(yīng)力最大值,并有應(yīng)力集中現(xiàn)象,應(yīng)力集中系數(shù)為1·13。圓盤(pán)滑動(dòng)型支承件的承載力計(jì)算公式為:
σ1=T1h1/Wy≤σy
σ2=γ1(T1h3/Wz+T1/A2)+γ2T2h2/Wz≤σy
σ3=T3h1/Wy≤σy
(8)其中,γ1=1·34,γ2=1·13。通過(guò)式(5)~式(8)可以算得各支承件在垂直于支承件平面荷載情況下屈服時(shí)的承載力,并與理論、試驗(yàn)和有限元分析結(jié)果[2]做一比較(表7),結(jié)果表明:由于式(5)~式(8)采用了材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,所以算得的承載力設(shè)計(jì)值比理論、試驗(yàn)[5]和有限元分析結(jié)果都要小,但仍然大于典型四邊雙層玻璃板各支承點(diǎn)所承受的實(shí)際荷載(此工程中為1·8kN)。
3·2 支承件的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)方法
1)等比例縮小
支承件所受的主要荷載是垂直于支承件平面的荷載,根據(jù)式(5)~式(8)可以算出支承件在這種受力狀態(tài)下屈服時(shí)的荷載值和相對(duì)于玻璃的強(qiáng)度儲(chǔ)備(表8)。表8表明,支承件相對(duì)于玻璃板的強(qiáng)度儲(chǔ)備都大于1,因此也可以采用等比例縮小支承件的方法來(lái)減小其屈服荷載,并減少材料用量。各支承件的縮小比例見(jiàn)表8。
2)采用鋁合金材料
采用鋁合金材料時(shí),支承件各肢所能承受的垂直于其平面的荷載及相對(duì)于玻璃的強(qiáng)度儲(chǔ)備見(jiàn)表9。表9表明,當(dāng)采用鋁合金材料時(shí),支承件各肢與玻璃板的強(qiáng)度儲(chǔ)備都小于1。為使強(qiáng)度儲(chǔ)備值達(dá)到1,可以等比例增大鋁合金材料支承件的尺寸。根據(jù)式(3)、式(4)和表9,
由計(jì)算結(jié)果可以看出:
1)一步張拉到位張拉次數(shù)較少,但是張拉過(guò)程中每根索需要張拉的力較大,而且由于索之間的相互影響,各索張拉的力差別較大,給施工帶來(lái)不便由于各索受力不均勻,張拉過(guò)程中作用在邊框的力比較大,這在實(shí)際工程中可能會(huì)損壞周?chē)?a href='../../zsk/ct.asp?id=6449' target='_blank' style='font-size:1em; border-bottom:1px dotted blue;'>剛性邊框。分三步張拉次數(shù)較多,但是張拉過(guò)程中各橫索和各豎索之間的張拉力差別較小,特別是第三次張拉,各索力比較均勻,對(duì)邊框的影響也比較小。
2)由于本工程模型含有主次索、橫索和豎索組成三個(gè)平面,橫索和豎索之間的相互影響較大,張拉過(guò)程中索力變化復(fù)雜,特別是索網(wǎng)上部橫豎索之間影響很大。對(duì)于索網(wǎng)下部,從計(jì)算結(jié)果可以看出,對(duì)前面索力的影響很小。
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幕墻點(diǎn)式支承玻璃建筑中金屬連接件的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)方法（上）
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