一、直接焊接钢管结构中支管的轴心内力设计值不应超过由本规范第5章确定的杆件承载力设计值。支管的轴心内力设计值亦不应超过节点承载力设计值。
二、在节点处,支管沿周边与主管相焊,焊缝承载力应等于或大于节点承载力。
在管结构中,支管与主管的连接焊缝可视为全周角焊缝按本规范公司(7.1.3-1)进行计算,但取βf=1。角焊缝的计算厚度沿支管周长是变化的,当支管轴心受力时,平均计算厚度可取0.7hf。
1、在圆管结构中,取支管与主管相交线长度:
当di/d≤0.65时:
lw=(3.25di-0.025d)(0.534/sinθi+0.466)
公式10.3.2-1
当di/d>0.65时:
lw=(3.81di-0.389d)(0.534/sinθi+0.466)
公式10.3.2-2
式中 d、di——分别为主管和支管外径;
Θi——支管轴线与主管轴线的夹角。
2、在矩形管结构中,支管与主管交线的计算长度应按下列规定计算:
对于有间隙的K形和N形节点:
当θi≥60°时:
Lw=2hi/sinθi+bi
公式10.3.2-3
当θi≤50°时:
Lw=2hi/sinθi+2bi
公式10.3.2-4
当50°<θi<60°时,lw按插值法确定。
对于T、Y和X形节点(见图10.3.4):
Lw=2hi/sinθi
公式10.3.2-5
式中 hi、bi——分别为支管的截面高度和宽度。
当支管为圆管、主管为矩形管时,焊缝计算长度取为支管与主管的相交线长度减去di .
三、主管和支管均为圆管的直接焊接节点承载力应按下列规定计算,其适用范围为:0.2≤β≤1.0;di/ti≤60; d/t≤100, θ≥30°,60°≤Φ≤120°(β为支管外径与主管外径之比;di、ti为支管的外径和壁厚;d、t为主管的外径和壁厚;θ为支管轴线与主管轴线之夹角;Φ为空间管节点支管的横向夹角,即支管轴线在主管横截面所在平面投影的夹角)。
为保证节点处主管的强度,支管的轴心力不得大于下列规定中的承载力设计值:
1、X形节点(图10.3.3a):
(1)受压支管在管节点处的承载力设计值Npjcx应按下式计算:
Npjcx=5.45/(1-0.81β)sinθ *φnt2f
公式10.3.3-1
式中 φn——参数,φn=1-0.3*σ/fy-0.3(σ/fy)2, 当节点两侧或一侧主管受拉时,则取φn=1。
F——主管钢材的抗拉、抗压和抗弯强度设计值;
Fy——主管钢材的屈服强度;
σ ——节点两侧主管轴心压应力的较小绝对值。
(2)受拉支管在管节点处的承载力设计值Npjtx应按下式计算:
Npjtx=0.78(d/t)0.2Npjcx
公式10.3.3-2
2、T形(或Y形)节点(图10.3.3b和c):
(1)受压支管在管节点处的承载力设计值NpjcT 应按下式计算:
NpjcT=11.51/sinθ(d/t)0.2 φnφdt2f
公式10.3.3-3
式中 φd——参数;当β≤0.7时,φd=0.069+0.93β;当β>0.7时,φd=2β-0.68。
(2)受拉支管在管节点处的承载力设计值NpjtT应按下式计算:
当β≤0.6时:
NpjtT=1.4NpjcT
公式10.3.3-4
当β>0.6时:
NpjtT=(2-β)NpjcT
公式10.3.3-5
3、K形节点(图10.3.3d):
(1)受压支管在管节点处的承载力设计值NpjcK 应按下式计算:
NpjcK =11.51/sinθc*(d/t)0.2φnφdφat2f
公式10.3.3-6
式中 θc——受压支管轴线与主管轴线之夹角;
Φa——参数,按下式计算:
Φa=1+2.19/(1+7.5a/d)*(1-20.1/(6.6+d/t))*(1-0.77β)
公式10.3.3-7
a ——两支管间的间隙;当a<0时,取a=0。
(2)受拉支管在管节点处的承载力设计值Npjtk应按下式计算:
Npjtk=sinθc/sinθt *Npjck
公式10.3.3-8
式中 θt——受拉支管轴线与主管轴线之夹角。
图10.3.3 圆管结构的节点形式
4、TT形节点(图10.3.3e):
(1) 受压支管在管节点处的承载力设计值NpjcTT应按下式计算:
NpjcTT=φgNpjcT
公式10.3.3-9
式中 φg=1.28-0.64g/d≤1.1,g为两支管的横向间距。
(2)受拉支管在管节点处的承载力设计值NpjtTT应按下式计算:
NpjtTT=NpjtT
公式10.3.3-10
5、KK形节点(图10.3.3f):
受压或受拉支管在管节点处的承载力设计值NpjcKK或NpjtKK应等于K形节点相应支管承载力设计值NpjcK或NpjtK的0.9倍。
四、矩形管直接焊接节点(图10.3.4)的承载力应按下列规定计算,其适用范围如表10.3.4所示。
图10.3.4 矩形管直接焊接平面管节点
表10.3.4 矩形管节点几何参数的适用范围
注:1标注*处当a/b>1.5(1-β),则按T形或Y形节点计算。
2 bi、hi、ti分别为第i个矩形支管的截面宽度、高度和壁厚;
di、ti分别为第i个圆支管的外径和壁厚;
b 、h、t、分别为矩形主管的截面宽度、高度和壁厚;
a 为支管间的间隙,见图10.3.4;
Ov为搭接率,见第10.2.3条;
β为参数;对T、Y、X形节点,β =bi/b 或di/b ;对K、N形节点,β=(b1+b2+h1+h2)/4b或β=(d1+d2)/2b;
fyi为第i个支管钢材的屈服强度。
为保证节点处矩形主管的强度,支管的轴心力Ni和主管的轴心力N不得大于下列规定的节点承载力设计值:
1 支管为矩形管的T、Y和X形节点(图10.3.4a、b):
(1)当β≤0.85时,支管在节点处的承载力设计值Npji应按下式计算:
Npji=1.8(hi/bcsinθi+2)* t2f/csinθi *φn c=(1-β)0.5
公式10.3.4-1
式中 φn——参数;当主管受压时,φn=1.0-0.25/β *σ/f ;当主管受拉时,φn=1.0;
σ——节点两侧主管轴心压应力的较大绝对值。
(2)当β=1.0时,支管在节点处的承载力设计值Npji 应按下式计算:
Npji =2.0(hi/sinθi +5t)tfk/sinθi*φn
公式10.3.4-2
当为X形节点,θi<90°且h≥hi/cosθi时,尚应按下式验算:
Npji =2htfv/sinθi
公式10.3.4-3
式中 fk——主管强度设计值;当支管受拉时,fk=f;当支管受压时,对T、Y形节点,fk=0.8φf;对X形节点,fk=(0.65sinθi)φf;φ为按长细比λ=1.73(h/t-2)(1/sinθi)0.5 确定的轴心受压构件的稳定系数;
fv——主管钢材的抗剪强度设计值。
(3)当0.85<β<1.0时,支管在节点处承载力的设计值应按公式(10.3.4-1)与(10.3.4-2)或公式(10.3.4-3)所得的值,根据β进行线性插值。此外,还不应超过下列二式的计算值:
Npji=2.0(hi-2ti+be)tifi
Be=10/(b/t)*(fyt/fyiti)*bi≤bi
公式10.3.4-4
当0.85≤β≤1-2t/b时:
Npji=2.0(hi/sinθi+bep)tfv/sinθi
Bep=10/(b/t)*bi≤bi
公式10.3.4-5
式中 hi 、ti、fi——分别为支管的截面高度、壁厚以及抗拉(抗压和抗弯)强度设计值。
2、支管为矩形管的有间隙的K形和N形节点(图10.3.4c):
(1)节点处在一支管的承载力设计值应取下列各式的较小值:
Npji=1.42((b1+b2+h1+h2)/bsinθi)(b/t)0.5t2fφn
公式10.3.4-6
Npji=Avfv/sinθi
公式10.3.4-7
Npji=2.0(hi-2ti+(bi+be)/2)tifi
公式10.3.4-8
当β≤1-2t/b时,尚应小于:
Npji=2.0(hi/sinθi+(bi+bep)/2)tfv/sinθi
公式10.3.4-9
式中 Av——弦杆的受剪面积,按下列公式计算:
Av=(2h+αb)t
公式10.3.4-10
α=√3t2/(3t2+4a2)
公式10.3.4-11
(2) 节点间隙处的弦杆轴心受力承载力设计值为:
Npj=(A-αvAv)f
公式10.3.4-12
式中 αv——考虑剪力对弦杆轴心承载力的影响系数,按下式计算:
αv=1- √1-(V/VP)2
VP=Avfv
公式10.3.4-13
V——节点间隙处弦杆所受的剪力,可按任一支管的竖向分力计算。
3、支管为矩形管的搭接的K形和N形节点(图10.3.4d):搭接支管的承载力设计值应根据不同的搭接率Ov按下列公式计算(下标j表示被搭接的支管):
(1)当25%≤Ov<50%时:
Npji=2.0[(hi-2ti)*(Ov/0.5)+(be+bej)/2]tifi
bej=10/(bj/tj)*(tjfyj/tifyi)bi≤bi
公式10.3.4-14
(2)当50%≤Ov<80%时:
Npji=2.0(hi-2ti+(be+bej)/2)tifi
公式10.3.4-15
(3)当80%≤Ov<100%时:
Npji=2.0(hi-2ti+(be+bej)/2)tifi
公式10.3.4-16
被搭接支管的承载力应满足下式要求:
Npjj/Ajfyj≤Npji/Aifyi
公式10.3.4-17
4、支管为圆管的各种形式的节点:
当支管为圆管时,上述各节点承载力的计算公式扔可使用,但需用di取代bi和hi,并将各式右侧乘以系数π/4,同时应将式(10.3.4-10)中的α值取为零。
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