一种受扭构件的加载及支座连接方法与流程

1.本发明涉及结构工程技术领域，尤其涉及一种受扭构件的加载及支座连接方法。


背景技术：

2.传统结构中，受扭构件的支座连接，一般为两端固支，固支抗扭的连接方法主要是将构件截面的抗扭区域与支座连接，即将可作为抗扭的周边区域连接，就形成抗扭固支。
3.但是，工程中受扭构件的所有抗扭节点，都是一次完成，对于完成抗扭固支连接的传统抗扭构件，在荷载作用下产生的内力扭矩往往分布不均，尤其在荷载分布不对称时，从而造成受扭构件的受力变形性能和经济性不佳。


技术实现要素：

4.本发明实施例公开了一种受扭构件的加载及支座连接方法，该支座连接方法操作简单方便，实用性强，基于该连接方法的荷载分阶段加载，能够均化受扭构件的内力，确保该受扭构件具有良好的受力变形性能和经济性。
5.为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种受扭构件的加载及支座连接方法，该方法包括：
6.计算受扭构件在其支座处于固定状态承受的全部荷载；
7.将所述受扭构件的至少一所述支座采用第一连接方式由所述固定状态调整为可活动状态，在所述受扭构件上施加第一荷载；
8.将所述至少一所述支座由所述可活动状态再次调整至所述固定状态，在所述受扭构件上施加第二荷载；
9.其中，所述全部荷载为所述第一荷载与所述第二荷载的总和。
10.作为一种可选的实施方式，在本发明实施例中，所述第一连接方式为螺栓连接、粘结连接、焊接连接、浇筑连接中的任意一种。
11.作为一种可选的实施方式，在本发明实施例中，所述受扭构件为圆管形构件，所述受扭构件的所述至少一所述支座处于可活动状态时，所述受扭构件的所述至少一所述支座沿所述受扭构件的圆周截面可发生环向滑移。
12.作为一种可选的实施方式，在本发明实施例中，所述第一连接方式为紧固件连接，所述紧固件沿所述受扭构件环周设置，所述受扭构件对应所述紧固件开设有连接孔，所述可活动状态为所述紧固件暂不安装或所述紧固件伸入所述连接孔暂不拧紧的状态，所述固定状态为所述紧固件伸入所述连接孔并拧紧的状态。
13.作为一种可选的实施方式，在本发明实施例中，所述第一连接方式为粘结连接，所述受扭构件的所述圆周截面设有粘结面，所述可活动状态为所述粘结面未粘结的状态，所述固定状态为所述粘结面粘结的状态，或者，
14.所述第一连接方式为焊接连接，所述受扭构件的所述圆周截面设有焊接面，所述可活动状态为所述焊接面未焊接的状态，所述固定状态为所述焊接面焊接的状态。
15.作为一种可选的实施方式，在本发明实施例中，所述第一连接方式为浇筑连接，所述可活动状态为所述受扭构件未浇筑固定的状态，所述固定状态为所述受扭构件浇筑固定的状态。
16.作为一种可选的实施方式，在本发明实施例中，所述将所述受扭构件的至少一所述支座采用第一连接方式由所述固定状态调整为可活动状态，在所述受扭构件上施加第一荷载之前，所述方法还包括：
17.根据所述全部荷载，确定所述受扭构件各所述支座处于所述固定状态时的内力，且在所述全部荷载作用下，所述至少一所述支座的内力大于至少一其他所述支座的内力。
18.作为一种可选的实施方式，在本发明实施例中，所述方法还包括：
19.分别计算各所述支座在所述第一荷载作用下的内力，以及分别计算各所述支座在所述第二荷载作用下的内力，将各所述支座在所述第一荷载作用下的内力与各所述支座在所述第二荷载作用下的内力叠加，得到各支座目标内力。
20.作为一种可选的实施方式，在本发明实施例中，所述将所述受扭构件的至少一所述支座采用第一连接方式由所述固定状态调整为可活动状态之后，以及所述在所述受扭构件上施加第一荷载之前，所述方法还包括：
21.根据各所述支座处于固定状态时的内力，计算所述至少一所述支座与所述至少一其他所述支座的内力差；
22.根据所述内力差计算所述第一荷载与所述全部荷载的比值；
23.根据所述比值及所述全部荷载计算所述第一荷载的取值。
24.作为一种可选的实施方式，在本发明实施例中，所述将所述至少一所述支座由所述可活动状态再次调整至所述固定状态之后，所述在所述受扭构件上施加第二荷载之前，所述方法还包括：
25.根据计算的所述第一荷载及所述全部荷载计算所述第二荷载的取值。
26.与传统技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：
27.本实施例提出了一种受扭构件的加载及支座连接方法，通过计算受扭构件在其支座处于固定状态承受的全部荷载，将受扭构件的至少一支座采用紧固件连接、粘结连接、焊接连接、浇筑连接中的任意一种连接方式由固定状态调整为可活动状态，在受扭构件上施加第一荷载，将至少一支座由可活动状态再次调整至固定状态，在受扭构件上施加第二荷载。采用上述的连接方式，使得受扭构件的可活动状态及固定状态之间的转化，操作简单方便，实用性强。基于该支座连接方式荷载分阶段施加，能够实现受扭构件部分内力的转移，使得受扭构件的内力均化，确保该受扭构件具有良好的受力变形性能和经济性。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1是本发明实施例提供的受扭构件的加载及支座连接方法的流程图；
30.图2是本发明实施例中受扭构件在其支座处于固定状态时全部荷载一次性施加的
扭矩图；
31.图3是本发明实施例提供的螺栓连接的结构示意图；
32.图4是本发明实施例提供的销钉连接的结构示意图；
33.图5是本发明实施例提供的粘结连接的结构示意图；
34.图6是本发明实施例提供的焊接连接的结构示意图；
35.图7是本发明案例例提供的浇筑连接的结构示意图；
36.图8是本发明实施例中受扭构件的支座a调整为可活动状态并施加第一荷载的扭矩图；
37.图9是本发明实施例中受扭构件的支座a再次调整为固定状态并施加第二荷载的扭矩图；
38.图10是图8和图9的扭矩叠加后的扭矩图。
具体实施方式
39.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.在本发明中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
41.并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。
42.此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
43.此外，术语“第一”、“第二”等主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分(具体的种类和构造可能相同也可能不同)，并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量。除非另有说明，“多个”的含义为两个或两个以上。
44.本发明实施例公开了一种受扭构件的加载及支座连接方法，该支座连接方法操作简单方便，实用性强，基于该连接方法的荷载分阶段加载，能够均化受扭构件的内力，确保该受扭构件具有良好的受力变形性能和经济性。
45.以下结合附图进行详细描述。
46.本发明实施例公开了一种受扭构件的加载及内力计算方法，请参阅图1，图1为本发明实施例公开的受扭构件的加载及内力计算方法的流程示意图。该方法包括：
47.101、计算受扭构件在其支座处于固定状态承受的全部荷载。
48.在本实施例中，该受扭构件主要是指柱、墙及梁等承受扭矩的构件，其中，梁可包
括单跨梁、多跨连续梁、楼板梁、墙梁、结构梁等。由于受扭构件处于部分约束或全面约束时都会承受扭矩，因此，本实施例中的固定状态包括但不限于铰接、半刚接或刚接中的任一种。
49.进一步地，受扭构件的全部荷载主要包括恒荷载和活荷载。具体地，恒荷载包括结构自重、楼板叠合层、楼板面层等，由工程结构做法确定。活荷载包括人员、设备等的荷载，由工程使用功能确定。也就是说恒荷载是由工程本身产生的，活荷载是由使用者产生的。当然，在环境因素的影响下，受扭构件还可能受到风荷载、地震荷载等动荷载的作用。在结构工程理论中，受扭构件所受到的这些类型的荷载具体数值可根据工程规范中规定的公式进行计算得到。
50.102、将受扭构件的至少一支座采用第一连接方式由固定状态调整为可活动状态，在受扭构件上施加第一荷载。
51.在本实施例中，本发明基于刚度大的节点内力分布较大，刚度小的节点内力分布较小的基本理论，对内力较大的支座节点，分阶段连接，在部分荷载扭矩作用下的内力必然全部转移到另一端，使传统构件另一端较小内力得到增加，实现受扭构件部分内力的转移，使得受扭构件的内力均化，确保该受扭构件具有良好的受力变形性能和经济性。
52.如上所述可知，受扭构件上至少一支座的内力需大于至少一其他支座的内力，才需实现受扭构件的内力均化，因此需对受扭构件上的各支座进行内力分析，即将受扭构件的至少一支座采用第一连接方式由固定状态调整为可活动状态，在受扭构件上施加第一荷载之前，方法还包括：
53.根据全部荷载，确定受扭构件各支座处于固定状态时的内力，且在全部荷载作用下，至少一支座的内力大于至少一其他支座的内力。
54.下面以承受半跨均布扭矩荷载的两端固支单跨受扭构件为例予以说明。
55.如图2所示，两端固支单跨受扭构件，在半跨均布内力扭矩荷载q
t
作用下，产生的全跨内力扭矩图呈两端内力扭矩正负反号的折线状线性分布。反号点位于内力扭矩荷载作用的半跨区段内偏近全跨中点处。也就是说，内力扭矩荷载作用半跨的内力扭矩为与杆轴交叉的斜线分布，其余半跨呈恒值直线分布。
56.支座a内力扭矩为：
[0057][0058]
支座b内力扭矩为:
[0059][0060]
支座a产生全跨内力扭矩为最大峰值，等于支座b内力扭矩的3倍，即支座a的内力扭矩大于支座b的内力扭矩，故本实施例中以支座a为分阶段连接的至少一支座，支座b为分阶段连接的至少一其他支座为例进行举例说明。
[0061]
在本实施例中，受扭构件的至少一支座采用第一连接方式由固定状态调整为可活动状态，即该第一连接方式可实现可活动状态和固定状态之间的相互转化，受扭构件为圆管形构件，受扭构件的至少一支座处于可活动状态时，受扭构件的至少一支座沿受扭构件的圆周截面可发生环向滑移。优选地，第一连接方式为紧固件连接、粘结连接、焊接连接、浇
筑连接中的任意一种。
[0062]
作为第一种可选的实施方式，第一连接方式为紧固件连接，紧固件沿受扭构件环周设置，受扭构件对应紧固件开设有连接孔，可活动状态为紧固件暂不安装或紧固件伸入连接孔暂不拧紧的状态，固定状态为紧固件伸入连接孔并拧紧的状态。
[0063]
作为第二种可选的实施方式，第一连接方式为粘结连接，受扭构件的圆周截面设有粘结面，可活动状态为粘结面未粘结的状态，固定状态为粘结面粘结的状态。
[0064]
作为第三种可选的实施方式，第一连接方式为焊接连接，受扭构件的圆周截面设有焊接面，可活动状态为焊接面未焊接的状态，固定状态为焊接面焊接的状态。
[0065]
作为第四种可选的实施方式，第一连接方式为浇筑连接，可活动状态为受扭构件未浇筑固定的状态，固定状态为受扭构件浇筑固定的状态。
[0066]
在本实施例中，受扭构件内力均化的程度取决于内力扭矩转移的程度，内力扭矩转移的程度取决于两个阶段荷载的相对比例。因此，将受扭构件的至少一支座采用第一连接方式由固定状态调整为可活动状态之后，以及在受扭构件上施加第一荷载之前，方法还包括：
[0067]
1021、根据各支座处于固定状态时的内力，计算至少一支座与至少一其他支座的内力差。
[0068]
1022、根据内力差计算第一荷载与全部荷载的比值。
[0069]
1023、根据比值及全部荷载计算第一荷载的取值。
[0070]
103、将至少一支座由可活动状态再次调整至固定状态，在受扭构件上施加第二荷载。
[0071]
在本实施例中，第一荷载与第二荷载之和等于全部荷载，由101步骤和102步骤可知全部荷载和第一荷载的取值，根据全部荷载和第一荷载即可计算出第二荷载的取值，因此，将至少一支座由可活动状态再次调整至固定状态之后，在受扭构件上施加第二荷载之前，方法还包括：
[0072]
根据计算的第一荷载及全部荷载计算第二荷载的取值。
[0073]
下面以各连接方式为例对受扭构件中各连接方式的分阶段进行举例说明。
[0074]
案例一：螺栓连接(紧固件连接)。
[0075]
如图3所示，在本实施例中，当紧固件连接为螺栓10连接时，螺栓10沿受扭构件环周设置，受扭构件对应螺栓10开设有螺孔，优选地，该螺孔设为顺环向的长圆形螺孔，对应地，螺栓10为长圆形螺栓10，可活动状态为螺栓10暂不安装或螺栓10伸入连接孔暂不拧紧的状态，固定状态为螺栓10伸入连接孔并拧紧的状态。分阶段连接具体包括：
[0076]
第一阶段(如图3的a、b所示，其中，图3的b为图3的a的右视图)，仅支座a的螺栓10暂不安装或安装暂不拧紧的松弛状态，在第一荷载的作用下，与受扭构件连接在一起的螺栓10可以在长椭圆形螺孔内沿环向滑移，受扭构件产生相对自由扭转，即受扭构件处于自由扭转状态。
[0077]
第二阶段(如图3的c、d所示，其中，图3的d为图3的c的右视图)，将第一阶段暂未安装或暂未拧紧的螺栓10拧紧，螺栓10在长椭圆形螺孔内沿环向的滑移被阻止，受扭构件产生不了相对自由扭转，即受扭构件处于固定状态。
[0078]
案例二：销钉连接(紧固件连接)。
[0079]
如图4所示，在本实施例中，当紧固件连接为销钉20连接时，销钉20沿受扭构件环周设置，可活动状态为销钉20暂不攻入受扭构件的状态，固定状态为销钉20攻入受扭构件的状态。分阶段连接具体包括：
[0080]
第一阶段(如图4的a、b所示，其中，图4的b为图4的a的右视图)，仅支座a的销钉20暂不攻入受扭构件，受扭构件的支座a暂无抗扭连接，在第一荷载作用下，受扭构件产生环向相对滑移，即受扭构件处于自由扭转状态。
[0081]
第二阶段(如图4的c、d所示，其中，图4的d为图4的c的右视图)，将销钉20攻入受扭构件，环向相对滑移被阻止，受扭构件产生不了相对自由扭转，受扭构件处于固定状态。
[0082]
案例三：粘结连接。
[0083]
如图5所示，在本实施例中，受扭构件的圆周截面设有粘结面，可活动状态为粘结面未粘结的状态，固定状态为粘结面粘结的状态。分阶段连接具体包括：
[0084]
第一阶段(如图5的a、b所示，其中，图5的b为图5的a的右视图)，仅支座a未粘结，支座a暂无抗扭连接，在第一荷载的作用下，受扭构件产生环向相对滑移，即受扭构件处于自由扭转状态。
[0085]
第二阶段(如图5的c、d所示，其中，标号30为受扭构件与支座a之间的粘结结构，图5的d为图5的c的右视图)，将支座a粘结，环向相对滑移被阻止，受扭构件产生不了相对自由扭转，即受扭构件处于固定状态。
[0086]
案例四：焊接连接。
[0087]
如图6所示，在本实施例中，受扭构件的圆周截面设有焊接面，可活动状态为焊接面未焊接的状态，固定状态焊接面焊接的状态。分阶段连接具体包括：
[0088]
第一阶段(如图6的a、b所示，其中，图6的b为图6的a的右视图)，仅支座a未焊接，支座a暂无抗扭连接，在第一荷载的作用下，受扭构件产生环向相对滑移，即受扭构件处于自由扭转状态。
[0089]
第二阶段(如图6的c、d所示，其中，标号40为受扭构件与支座a之间的焊接结构，图6的d为图6的c的右视图)，将支座a焊接，环向相对滑移被阻止，受扭构件产生不了相对自由扭转，即受扭构件处于固定状态。
[0090]
案例五：浇筑连接。
[0091]
如图7所示，在本实施例中，可活动状态为受扭构件未浇筑的状态，固定状态为受扭构件浇筑的状态。分阶段连接具体包括：
[0092]
第一阶段(如图7的a所示)，仅支座a未浇筑固定或一小段未浇筑固定，在第一荷载的作用下，受扭构件产生环向相对滑移，即受扭构件处于自由扭转状态。
[0093]
第二阶段(如图7的b所示，其中，标号50为受扭构件与支座a之间的浇筑结构)，将支座a完全浇筑固定，环向相对滑移被阻止，受扭构件产生不了相对自由扭转，即受扭构件处于固定状态。
[0094]
104、分别计算各支座在第一荷载作用下的内力，以及分别计算各支座在第二荷载作用下的内力，将各支座在第一荷载作用下的内力与各支座在第二荷载作用下的内力叠加，得到各支座目标内力。
[0095]
在本实施例中，各支座目标内力即为受扭构件进行内力均化后的内力。
[0096]
以下将结合案例以及图示详细说明本发明的受扭构件的内力(以扭矩为例)计算
过程：
[0097]
将受扭构件所受的全部荷载q
t
分为第一荷载q
t1
和第二荷载q
t2
两部分，分阶段施加。
[0098]
如图8所示，第一阶段，支座a暂未连接，处于可以扭转的自由状态。受扭构件处于一端悬臂一端固定状态，施加第一荷载q
t1
。在第一荷载q
t1
作用下，受扭构件的内力扭矩图呈半跨斜线半跨水平直线，全跨负值折线形分布。
[0099]
a端内力扭矩为：
[0100]
t
a1
＝0
[0101]
支座b内力扭矩为：
[0102][0103]
如图9所示，第二阶段，将第一阶段暂未连接的a支座予以连接，使受扭构件调整为两端固定状态，施加第二荷载q
t2
。在第二荷载q
t2
作用下，受扭构件的内力扭矩图呈传统分布。
[0104]
支座a内力扭矩为：
[0105][0106]
支座b内力扭矩为:
[0107][0108]
如图10所示，两阶段叠加。
[0109]
支座a全载内力扭矩为：
[0110][0111]
支座b全载内力扭矩为:
[0112][0113]
上述两式计算出来的第一支座a和第二支座b扭矩，均为受扭构件采用本发明的分阶段连接和分阶段施加荷载后得到的扭矩，相比于受扭构件的传统连接和荷载施加方式，第一支座a的扭矩减少了第二支座b的扭矩增加了即第一支座a的部分扭矩转移至第二支座b，转移幅度为实现该受扭构件的扭矩均化。
[0114]
当时，
[0115][0116]
即内力扭矩峰值比传统的减少了1/3。
[0117]
采用本发明方案，具有如下有益效果：
[0118]
1、控制内力扭矩减小，比传统理论分析的控制内力扭矩减小10％-30％。
[0119]
2、支座内力扭矩，峰值降低，两端均化，两端支座连接装置或两端支承构件截面可以统一，有利于标准化，节省用材，便于制作安装。
[0120]
本发明实施例提供一种受扭构件的加载及支座连接方法，通过采用螺栓连接、粘结连接、焊接连接、浇筑连接等连接方式，使得受扭构件的可活动状态及固定状态之间的转化，操作简单方便，实用性强。基于该支座连接方式荷载分阶段施加，能够实现受扭构件部分内力的转移，使得受扭构件的内力均化，确保该受扭构件具有良好的受力变形性能和经济性。
[0121]
以上对本发明实施例公开的一种受扭构件的加载及支座连接方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。