專利名稱：一種孔洞膠接節(jié)點(diǎn)裝配式單層球面網(wǎng)殼模型制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種單層球面網(wǎng)殼模型制作方法，具體涉及一種孔洞膠接節(jié)點(diǎn)裝配式單層球面網(wǎng)殼模型制作方法。
背景技術(shù)：
網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)因其受力合理、自重輕、抗震性能優(yōu)越等顯著優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。與此同時(shí),鑒于網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的公共性、標(biāo)志性、群體避難性功能,對(duì)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在地震、強(qiáng)風(fēng)、爆炸沖擊等極端荷載作用下的工作行為分析提出了更高的要求，諸如網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)無(wú)征兆的動(dòng)力失穩(wěn)破壞模式研究，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在爆炸沖擊荷載作用下工作行為研究等等。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)強(qiáng)震下破壞模式及其破壞機(jī)理進(jìn)行了大量研究，意在認(rèn)識(shí)網(wǎng)殼無(wú)征兆失穩(wěn)破壞的規(guī)律，進(jìn)而能合理設(shè)計(jì)網(wǎng)殼以避免出現(xiàn)這樣的災(zāi)變。但是，目前網(wǎng)殼研究是亟待解決的問(wèn)題，基于各種理論的定性分析和定量的數(shù)值模擬分析需要實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷尿?yàn)證才能確認(rèn)其正確性以及精 度等，而足尺試驗(yàn)不可行，局部模型試驗(yàn)又不能完全反映結(jié)構(gòu)工作性能。所以，人們期待能與足尺工作性能一致的縮尺模型、來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)分析研究。目前，球面網(wǎng)殼模型制作方法存在以下缺點(diǎn)多采用焊接技術(shù)，體積較大，模型節(jié)點(diǎn)較少，只能在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部組裝，需要吊車配合才能移動(dòng)，且模型的制作過(guò)程中，需要花費(fèi)大量的人力財(cái)力。特別是，由于網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的特有構(gòu)造，縮尺模型需要反映足尺網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的真實(shí)工作行為，因此對(duì)模型的設(shè)計(jì)和制作工藝提出了特有的要求，目前國(guó)內(nèi)未見這樣模型的制作先例。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有球面網(wǎng)殼模型制作方法制作的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ腕w積較大、模型節(jié)點(diǎn)較少，且模型制作過(guò)程中需要花費(fèi)大量的人力財(cái)力的問(wèn)題，進(jìn)而提出一種孔洞膠接節(jié)點(diǎn)裝配式單層球面網(wǎng)殼模型制作方法。本發(fā)明為解決上述問(wèn)題采取的技術(shù)方案是本發(fā)明所述孔洞膠接節(jié)點(diǎn)裝配式單層球面網(wǎng)殼模型包括底板、多個(gè)圓柱體節(jié)點(diǎn)和多個(gè)連接桿件，多個(gè)圓柱體節(jié)點(diǎn)呈半球面分布設(shè)置，相鄰兩個(gè)圓柱體節(jié)點(diǎn)通過(guò)連接桿件固定連接，多個(gè)圓柱體節(jié)點(diǎn)與多個(gè)連接桿件形成網(wǎng)狀半球面，所述網(wǎng)狀半球面的開口端固定安裝在底板的上表面上，本發(fā)明所述一種孔洞膠接節(jié)點(diǎn)裝配式單層球面網(wǎng)殼模型制作方法的具體步驟如下步驟一、根據(jù)實(shí)際需要確定球面網(wǎng)殼模型的跨度、矢跨比、每個(gè)連接桿件的材料、截面尺寸、每個(gè)圓柱體節(jié)點(diǎn)尺寸；步驟二、對(duì)連接桿件在拉力機(jī)上做三組材性實(shí)驗(yàn)，測(cè)出連接桿件的彈性模量和切線剛度；步驟三、應(yīng)用有限元軟件對(duì)球面網(wǎng)殼模型進(jìn)行有限元建模，根據(jù)有限元模型對(duì)球面網(wǎng)殼模型中的圓柱體節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，并計(jì)算相鄰兩個(gè)圓柱體節(jié)點(diǎn)之間連接桿件的長(zhǎng)度，每個(gè)連接桿件在動(dòng)荷載作用下倒塌時(shí)的最大軸力，每個(gè)連接桿件與相對(duì)應(yīng)的圓柱體節(jié)點(diǎn)膠結(jié)后的軸力，每個(gè)圓柱體節(jié)點(diǎn)的環(huán)向角度和縱向角度；
設(shè)相鄰三個(gè)圓柱體節(jié)點(diǎn)的編號(hào)為i，j，k，則編號(hào)為i的圓柱體節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)為(Xi,Ii, Zi)、編號(hào)為j的圓柱體節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)為(Xj，Yj, Zj)、編號(hào)為k的圓柱體節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)為(Xk，Yk，Zk)，a)、計(jì)算編號(hào)為i的圓柱體節(jié)點(diǎn)與編號(hào)為j的圓柱體節(jié)點(diǎn)之間連接桿件的長(zhǎng)度L.. ·
j^IJ ·Lij = ^(X1 - X1 )2 + (yt - y r )2 + (z; — z, )2 CDb)、計(jì)算球面網(wǎng)殼模型在動(dòng)荷載作用下倒塌時(shí)連接桿件的最大軸力N1和圓柱體節(jié)點(diǎn)與連接桿件膠結(jié)后連接桿件的軸力N2 N1= σ — Α N2 = T-l-h = T-X-d-h 公式②和③中，O _Ν表示動(dòng)力反應(yīng)的球面網(wǎng)殼模型連接桿件的最大軸向應(yīng)力，S1表示連接桿件的橫截面積，τ表示J39膠的抗剪強(qiáng)度，I表示連接桿件橫截面的外圓的周長(zhǎng)，d表示連接桿件橫截面外圓的直徑，h表示連接桿件插入圓柱體節(jié)點(diǎn)的深度；c)、計(jì)算編號(hào)為i的圓柱體節(jié)點(diǎn)與編號(hào)為j的圓柱體節(jié)點(diǎn)和編號(hào)為k的圓柱體節(jié)點(diǎn)之間的環(huán)向角度α
Γ b jT C ~~ Li 廠^a - arccos-④
Ibc公式④中a表示編號(hào)為j的圓柱體節(jié)點(diǎn)與編號(hào)為k的圓柱體節(jié)點(diǎn)之間的距離，且a = ^xj-Xk)2 +(}[/-}l )2 ;b表示編號(hào)為i的圓柱體節(jié)點(diǎn)與編號(hào)為j的圓柱體節(jié)點(diǎn)之間
的距離，且6 = ^X1-X1J +{y,-yff ；C表示編號(hào)為i的圓柱體節(jié)點(diǎn)與編號(hào)為k的圓柱體
節(jié)點(diǎn)之間的距尚，且c =」(xf - Xk )2 + {yt - yk )2 ；d)、計(jì)算編號(hào)為i的圓柱體節(jié)點(diǎn)與編號(hào)為k的圓柱體節(jié)點(diǎn)之間的縱向角度β :
Γ π hik β = arccos——⑤
Iik公式⑤中hik表示編號(hào)為i的圓柱體節(jié)點(diǎn)與編號(hào)為k的圓柱體節(jié)點(diǎn)之間的距離，且hik = Zi-Zk ;lik表示編號(hào)為i的圓柱體節(jié)點(diǎn)與編號(hào)為k的圓柱體節(jié)點(diǎn)之間在垂直方向
上的距離，且敝=^Jixj - xk )2 + (>>,' - yk )2 + (z, - zk )2 ；步驟四、根據(jù)已計(jì)算出的圓柱體節(jié)點(diǎn)的縱向角度，利用激光切割機(jī)切割相應(yīng)角度的墊塊，墊在圓柱體節(jié)點(diǎn)的側(cè)面；步驟五、固定圓柱體節(jié)點(diǎn)，應(yīng)用電火花穿孔機(jī)固定試件裝置、環(huán)向角度控制貼片及角度控制墊塊，將圓柱體節(jié)點(diǎn)固定；步驟六、利用電火花穿孔機(jī)，對(duì)圓柱體節(jié)點(diǎn)進(jìn)行打孔；步驟七、重復(fù)步驟四至步驟八，直至將每個(gè)圓柱體節(jié)點(diǎn)上的所有孔制作完成；步驟八、組裝網(wǎng)殼，具體步驟為步驟八(一)、對(duì)連接桿件的端部進(jìn)行打磨；步驟八(二)、在每個(gè)連接桿件的端部涂抹J39膠，然后將每個(gè)連接桿件插入相應(yīng)的圓柱體節(jié)點(diǎn)上的孔洞內(nèi)；
步驟八(三)、按順序組裝球面網(wǎng)殼實(shí)體模型。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的制作過(guò)程簡(jiǎn)便，節(jié)省大量人力和財(cái)力，且制作的球面網(wǎng)殼模型體積小、移動(dòng)方便，可以在簡(jiǎn)易的小振動(dòng)臺(tái)上測(cè)試網(wǎng)殼模型的動(dòng)力工作性能，實(shí)驗(yàn)周期短，實(shí)驗(yàn)過(guò)程可以自由控制，


圖I是孔洞膠接節(jié)點(diǎn)裝配式單層球面網(wǎng)殼模型的俯視圖，圖2是編號(hào)為i，j，k的三個(gè)圓柱體節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2中α表示編號(hào)為i的圓柱體節(jié)點(diǎn)與編號(hào)為j的圓柱體節(jié)點(diǎn)和編號(hào)為k的圓柱體節(jié)點(diǎn)之間的環(huán)向角度，圖3是編號(hào)為i的圓柱體節(jié)點(diǎn)和編號(hào)為k的圓柱體節(jié)點(diǎn)的空間位置關(guān)系圖，圖3中β表示編號(hào)為i的圓柱體節(jié)點(diǎn)與編號(hào)為k的圓柱體節(jié)點(diǎn)之間的縱向角度。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖I、圖2和圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述一種孔洞膠接節(jié)點(diǎn)裝配式單層球面網(wǎng)殼模型制作方法，所述裝配式鉆眼膠結(jié)單層球面網(wǎng)殼模型包括底板I、多個(gè)圓柱體節(jié)點(diǎn)2和多個(gè)連接桿件3，多個(gè)圓柱體節(jié)點(diǎn)2呈半球面分布設(shè)置，相鄰兩個(gè)圓柱體節(jié)點(diǎn)2通過(guò)連接桿件3固定連接，多個(gè)圓柱體節(jié)點(diǎn)2與多個(gè)連接桿件3形成網(wǎng)狀半球面，所述網(wǎng)狀半球面的開口端固定安裝在底板I的上表面上，所述一種孔洞膠接節(jié)點(diǎn)裝配式單層球面網(wǎng)殼模型制作方法的具體步驟如下步驟一、根據(jù)實(shí)際需要確定球面網(wǎng)殼模型的跨度、矢跨比、每個(gè)連接桿件3的材料、截面尺寸、每個(gè)圓柱體節(jié)點(diǎn)2尺寸；步驟二、對(duì)連接桿件3在拉力機(jī)上做三組材性實(shí)驗(yàn)，測(cè)出連接桿件3的彈性模量和切線剛度；步驟三、應(yīng)用有限元軟件對(duì)球面網(wǎng)殼模型進(jìn)行有限元建模，根據(jù)有限元模型對(duì)球面網(wǎng)殼模型中的圓柱體節(jié)點(diǎn)2進(jìn)行編號(hào)，并計(jì)算相鄰兩個(gè)圓柱體節(jié)點(diǎn)2之間連接桿件3的長(zhǎng)度，每個(gè)連接桿件3在動(dòng)荷載作用下倒塌時(shí)的最大軸力，每個(gè)連接桿件3與相對(duì)應(yīng)的圓柱體節(jié)點(diǎn)2膠結(jié)后的軸力，每個(gè)圓柱體節(jié)點(diǎn)2的環(huán)向角度和縱向角度；設(shè)相鄰三個(gè)圓柱體節(jié)點(diǎn)2的編號(hào)為i，j, k，則編號(hào)為i的圓柱體節(jié)點(diǎn)2的坐標(biāo)為(xi； Ii, Zi)、編號(hào)為j的圓柱體節(jié)點(diǎn)2的坐標(biāo)為(Xj，Yj, Zj)、編號(hào)為k的圓柱體節(jié)點(diǎn)2的坐豐不為(Xk，Yk7 Zk)，a)、計(jì)算編號(hào)為i的圓柱體節(jié)點(diǎn)2與編號(hào)為j的圓柱體節(jié)點(diǎn)2之間連接桿件(3)的長(zhǎng)度Lij L11 =- X1 )2 + (y, - )2 + {z,- “ )①b)、計(jì)算球面網(wǎng)殼模型在動(dòng)荷載作用下倒塌時(shí)連接桿件3的最大軸力N1和圓柱體節(jié)點(diǎn)2與連接桿件3膠結(jié)后連接桿件3的軸力N2 N1 = σ maxN · S1 ②N2 =T'/ h = T-X-d-h 公式②和@中，O _N表示動(dòng)力反應(yīng)的球面網(wǎng)殼模型連接桿件3的最大軸向應(yīng)力，S1表示連接桿件3的橫截面積，τ表示J39膠的抗剪強(qiáng)度，I表示連接桿件3橫截面的外圓的周長(zhǎng)，d表示連接桿件3橫截面外圓的直徑，h表示連接桿件3插入圓柱體節(jié)點(diǎn)2的深度；c)、計(jì)算編號(hào)為i的圓柱體節(jié)點(diǎn)2與編號(hào)為j的圓柱體節(jié)點(diǎn)2和編號(hào)為k的圓柱體節(jié)點(diǎn)2之間的環(huán)向角度α
權(quán)利要求
1.一種孔洞膠接節(jié)點(diǎn)裝配式單層球面網(wǎng)殼模型制作方法，所述孔洞膠接節(jié)點(diǎn)裝配式單層球面網(wǎng)殼模型包括底板(I)、多個(gè)圓柱體節(jié)點(diǎn)(2)和多個(gè)連接桿件(3)，多個(gè)圓柱體節(jié)點(diǎn)(2)呈半球面分布設(shè)置，相鄰兩個(gè)圓柱體節(jié)點(diǎn)(2)通過(guò)連接桿件(3)固定連接，多個(gè)圓柱體節(jié)點(diǎn)(2)與多個(gè)連接桿件(3)形成網(wǎng)狀半球面，所述網(wǎng)狀半球面的開ロ端固定安裝在底板(1)的上表面上，其特征在于所述ー種孔洞膠接節(jié)點(diǎn)裝配式單層球面網(wǎng)殼模型制作方法的具體步驟如下 步驟一、根據(jù)實(shí)際需要確定球面網(wǎng)殼模型的跨度、矢跨比、每個(gè)連接桿件(3)的材料、截面尺寸、每個(gè)圓柱體節(jié)點(diǎn)(2)尺寸； 步驟ニ、對(duì)連接桿件(3)在拉カ機(jī)上做三組材性實(shí)驗(yàn)，測(cè)出連接桿件(3)的彈性模量和切線剛度； 步驟三、應(yīng)用有限元軟件對(duì)球面網(wǎng)殼模型進(jìn)行有限元建模，根據(jù)有限元模型對(duì)球面網(wǎng)殼模型中的圓柱體節(jié)點(diǎn)(2)進(jìn)行編號(hào)，并計(jì)算相鄰兩個(gè)圓柱體節(jié)點(diǎn)(2)之間連接桿件(3)的長(zhǎng)度，每個(gè)連接桿件(3)在動(dòng)荷載作用下倒塌時(shí)的最大軸力，每個(gè)連接桿件(3)與相對(duì)應(yīng)的圓柱體節(jié)點(diǎn)(2)膠結(jié)后的軸力，每個(gè)圓柱體節(jié)點(diǎn)(2)的環(huán)向角度和縱向角度； 設(shè)相鄰三個(gè)圓柱體節(jié)點(diǎn)(2)的編號(hào)為i，j，k，則編號(hào)為i的圓柱體節(jié)點(diǎn)(2)的坐標(biāo)為(xi； Ii, Zi)、編號(hào)為j的圓柱體節(jié)點(diǎn)⑵的坐標(biāo)為(xp Yj, Zj)、編號(hào)為k的圓柱體節(jié)點(diǎn)(2)的坐標(biāo)為(xk，yk，zk)， a)、計(jì)算編號(hào)為i的圓柱體節(jié)點(diǎn)(2)與編號(hào)為j的圓柱體節(jié)點(diǎn)(2)之間連接桿件(3)的長(zhǎng)度Lu
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述ー種孔洞膠接節(jié)點(diǎn)裝配式單層球面網(wǎng)殼模型制作方法，其特征在于步驟六中利用電火花穿孔機(jī)對(duì)圓柱體節(jié)點(diǎn)(2)進(jìn)行打孔前，先根據(jù)連接桿件(3)的外徑確定電火花機(jī)電極絲的外徑；然后根據(jù)圓柱體節(jié)點(diǎn)(2)上的孔洞深度及電極絲損率，確定電極絲行進(jìn)距離。
全文摘要
一種孔洞膠接節(jié)點(diǎn)裝配式單層球面網(wǎng)殼模型制作方法，它涉及一種單層球面網(wǎng)殼模型制作方法，具體涉及一種孔洞膠接節(jié)點(diǎn)裝配式單層球面網(wǎng)殼模型制作方法。本發(fā)明為了解決現(xiàn)有球面網(wǎng)殼模型制作方法制作的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ腕w積較大、模型節(jié)點(diǎn)較少，且模型制作過(guò)程中需要花費(fèi)大量的人力財(cái)力的問(wèn)題。本發(fā)明底板、多個(gè)圓柱體節(jié)點(diǎn)和多個(gè)連接桿件，多個(gè)圓柱體節(jié)點(diǎn)呈半球面分布設(shè)置，相鄰兩個(gè)圓柱體節(jié)點(diǎn)通過(guò)連接桿件固定連接，多個(gè)圓柱體節(jié)點(diǎn)與多個(gè)連接桿件形成網(wǎng)狀半球面，所述網(wǎng)狀半球面的開口端固定安裝在底板的上表面上。本發(fā)明用建筑領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G01M7/02GK102840956SQ201210336468
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月12日
發(fā)明者張明, 周廣春, 張瑀 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)