空心球节点在空间结构中的应用：焊接与铸造空心球的比较及预应力结构中的开孔焊接空心球

空心球节点广泛应用于圆管网架、圆管桁架等空间结构中。这是因为球体是各向同性的，可以连接任意方向的杆，并且很容易保证杆的轴线穿过球体中心而不产生偏心，具有广泛的适应性。空心球节点根据加工制造方法不同可分为焊接空心球和铸造空心球。目前工程中较常用的是焊接空心球。

3、焊接空心球节点

焊接空心球是将根据设计要求确定的两块圆钢板热压或冷压成两个半圆形球壳，然后对接焊成整体。焊接空心球分为无肋空心球和有肋空心球。带肋空心球的球壳内添加有环形加强板。带肋空心球可分为单肋空心球和双肋空心球。双肋球较常用的形式是平行或十字形双肋球，如图7-3-1所示。

开孔焊接空心球常用于预应力结构中。开孔焊接空心球是普通焊接空心球的特例。它们在电缆穿过的地方开孔。由于开口削弱了空心球的承载能力，因此需要在球内部添加两片平行的环形加强板。开孔焊接空心球按电缆排列方式可分为双向开孔焊接空心球和单向开孔焊接空心球，如图7-3-2所示。

4. 电缆节点

拉索作为受拉梁结构的重要组成部分，其与梁或桁架的连接尤为重要。缆索节点主要分为两类：一类是锚固缆索的锚节点，主要位于缆索末端；另一种是限位节点，仅对电缆起限制作用，一般位于电缆中部末端。

1. 锚节点

锚节点一般固定在梁或桁架上，从材料和组成上可分为两部分。一部分是直接与电缆连接的锚具，用于固定电缆。设计应确保其与连接的电缆一样坚固。其制造材料一般为铸件和锻件。根据其固结形式的不同，可分为巴氏合金热铸锚栓和环形树脂冷铸锚栓两种。种类。另一部分直接连接到框架上，并将桁架连接到锚具上。该部分的设计应保证其与设计载荷一致。其构成材料一般为铸件和热轧钢。

(1)巴氏合金热铸锚

巴氏合金热铸锚栓可分为I型锚栓（叉耳式）、II型锚栓（双螺杆型）、III型锚栓（耳环型）、IV型锚栓（叉耳内旋型）。 、V型锚栓（单螺杆型），如图7-4-1至图7-4-5所示。

锚杯材料推荐采用35CrMo、ZG310~570、45号钢。拉杆、螺钉等部件推荐使用20Cr、40Cr。其化学成分应符合表7-4-1的规定，力学性能应符合表7-4的规定。 -2 规定。锚栓的计算强度不应大于材料抗拉强度的0.83倍。

(2)环氧树脂冷铸锚栓

环氧树脂冷铸锚栓的种类比较单一。其结构型式如图7-4-6所示。推荐材料与热铸锚栓相同。锚栓的计算强度不应大于材料抗拉强度的0.83倍。

铸造过程中，由于冷却速度、壁厚、铸件冒口部位和材料的选择不同，容易形成夹渣、气孔、裂纹等缺陷。因此，国外的普遍做法是：小锚杯锻造，大锚杯锻造。锚杯由铸件制成，拉杆和螺钉由锻件制成。

热铸锚栓比冷铸锚栓更安全可靠，且外形尺寸更小。但其生产工艺复杂，成本比冷铸锚栓高。因此，两类锚栓各有特点，设计时可根据具体情况选用。

由于锚具的应力计算比较复杂，设计时一般不需要单独设计锚具。只需根据所选用的电缆规格和锚固类型，从相应的表中选择相应的锚固规格即可。

(3) 连接器

根据电缆的锚固类型和应力水平，连接器的形式存在重大差异。连接器的具体尺寸应根据电缆的实际受力计算确定。

如果锚栓是热铸锚栓，其连接件大部分可以设计为耳板。如果便于与桁架连接，耳板可直接采用钢板制作，将耳板固定在桁架上；如果与桁架连接比较不方便，则需要将节点设计为整体。如今，采用整体铸造来固定耳板。板和桁架相关部件被设计为铸件。如果耳板为钢板，则设计时只需手动计算耳板的抗拉强度和局部承压即可。抗拉强度校核应选取耳板与销轴接触一侧的最小应力区域进行计算；对于局部受压，计算耳板与销轴接触线两侧90度面积（如图7-4-7所示）。如果耳板是铸件，也可以手工计算耳板部分的抗拉强度和局部承压。但由于它与桁架是一体的，因此需要对整个铸件进行有限元分析。

如果锚栓是冷铸锚栓，其连接部件会有多种形式。如果钢丝绳的规格较大，其连接部分大多设计为铸件。节点选用铸件时，铸件与桁架一般需要焊接，因此铸件应采用焊接性能较好的材料。目前国内广泛使用的是DIN17182中的20Mn5。国内已完成的张拉梁工程中，连接件大多采用铸件设计，如图7-4-8和7-4-9所示。此类节点与桁架连接为一体，受力情况比较复杂，一般需要进行有限元分析。

2. 限制节点

在拉梁（桁架）结构中，形成拉梁的缆索位于桁架的下部。桁架需要缆索为桁架提供支撑点，因此在桁架和缆索之间设置刚性支撑。刚性杆的上部与桁架铰接，下部与缆索连接。刚性杆仅传递垂直力，因此刚性杆与电缆的连接只需保证其能够传递垂直力，同时保证刚性杆与电缆之间不出现滑动。理论上，拉索与刚性杆之间不存在滑动力，因此抗滑计算没有相关依据。根据已完成的几个项目的经验，滑动力可为刚性杆轴向力的25%左右。即认为刚性杆与拉索之间存在14度的偏差。电缆与节点板之间的摩擦系数可根据情况计算，取0.2~0.3。与电缆直接接触的连接板接触面应有凹坑，以保证电缆与连接板之间的摩擦力。考虑到连接板和电缆不能焊接，只能通过螺栓连接，因此该节点多设计为铸钢件。国内已完成的几个项目的节点形态如图7-4-10、图7-4-11、图7-4-12所示。