浅谈铸钢节点的常用结构形式及特点

钢管结构K型铸钢节点研究[摘要]钢管结构因其具有轻巧美观，用钢量省等优点，在我国得到了迅速的发展，应用范围也愈来愈广。

铸钢节点在现代大跨钢管结构中表现出了造型美观、可塑性强、受力安全合理等优点，正在逐渐被工程设计人员应用于工程实际之中。

本文利用有限元分析软件－ANSYS 实现了对K型铸钢节点与钢管相贯节点在强度和节点转动刚度上的对比，并对K型铸钢节点在若干关键几何参数变化情况下进行了弹塑性大应变分析，并跟踪节点在整个加载阶段各点的应力、应变变化过程，计算出了节点的极限承载力。

在非线性有限元求解过程中，考虑了网络精度、边界条件、材料特性等因素，结合10节点实体单元和4节点壳单元各自的特点分别应用于铸钢节点和与之焊接的钢管，使得到的极限承载力具有较高的工程精度。

分析证明，通过合理的设计，可以使K型铸钢节点只在与钢管连接接口处发生轴向屈服破坏，避免了一般K型钢管相贯节点的支管拉压共同作用下过度变形破坏和冲切破坏，提高了结构连接的安全度。

通过对K型铸钢节点与K型钢管相贯节点的有限元分析表明，K型铸钢节点应用于结构后，节点连接不能按照相贯节点铰接假设计算，也不可按照简单刚接考虑。

K型铸钢节点存在刚域，使得与之相连的杆件转动会受到刚域的约束，计算长度进一步降低。

本文通过计算与公式推导相结合的办法，提出了一种计算K型铸钢节点刚域长度的方法。

对影响刚域长度的若干几何参数进行了分析，给出了节点刚域长度随几何参数的变化趋势，并根据该趋势通过数值拟合的方式提出了计算公式。

最后，本文结合铸钢节点的铸造生产工艺对节点构造的合理性进行了探讨，提出了对实际工程设计有益的建议和理论依据。

[关键词]铸钢节点、钢管相贯节点、节点强度、节点刚度、有限元分析、弹塑性分析第一章绪论1.1钢管结构的应用现状与特点钢管结构是指钢结构的全部或部分结构构件采用无缝或焊接空心钢管的结构。

近20年来，随着我国经济、科技、文化等各项事业的发展，钢管结构（主要包括空间网架、网壳结构、悬索结构以及组合空间结构）因其具有优美的外观、合理的受力特点以及优越的经济性，在现代工业厂房、仓库、体育馆、展览馆、会场、航站楼、车站及办公楼、商住楼、宾馆等建筑中得到了广泛的应用，如上海体育场、广东体育馆、上海科技城、首都机场新航站楼、成都双流机场新航站楼、广州新白云机场航站楼、广州国际会展中心、上海新国际博览中心、南京国际会展中心、南京奥体中心主体育馆、游泳馆及网球中心等大型工程中均采用了钢管结构。

铸铁和铸钢的组织结构教学目的及其要求通过本章学习，使学生掌握铸铁牌号和应用范围，了解常用铸铁组织结构和热处理工艺。

主要内容1．铸铁的石墨化2．常用铸铁和铸钢的牌号与性能3．铸铁的热处理学时安排讲课1学时。

教学重点1．铸铁的石墨化2．常用铸铁和铸钢的牌号和性能特点教学难点铸铁的石墨化。

教学过程一、铸铁概述同钢一样，铸铁也是Fe、C元素为主的铁基材料。

它是含碳量大于2.11％的铁碳合金。

铸铁是历史上使用得较早的材料，价格便宜，具有很多优点。

在汽车发动机中，铸铁约占80%。

铸铁成型制成零件毛坯只能用铸造方法，不能用锻造或轧制方法。

（一）铸铁的分类1．按碳在铸铁中存在形式分为两大类白口铸铁：碳以渗碳体的形式存在，断口呈现银白色，硬而脆；作为零件工业上很少用（农业上制作犁铧）；可作为冶炼钢铁的原料。

灰口铸铁：碳以游离态石墨存在，断口呈现黑灰色，灰口铸铁在机械制造业有广泛的应用，在我国，铸铁与钢用量比约为0.46:1。

2．以石墨形态分类（灰口铸铁的分类）：灰铸铁（普通灰口铸铁）：石墨为片状；可锻铸铁：石墨为团絮状；球墨铸铁：石墨为球状；蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状。

（二）灰口铸铁的成分和性能特点1．成分Wc ：2.5—5.0%；Si、Mn、S、P 等元素。

铸铁种Si的含量较多，一般在1.0～2.8%之间。

所以，铸铁可以看成是Fe－Si －C 三元铁基合金。

2．性能特点：抗拉强度、塑性、韧性比钢低；抗压强度高，耐蚀性好；良好的铸造性能和切削加工性能；良好的减震性和耐磨性；成本低。

生产灰口铸铁的关键是让碳以石墨的形式结晶，此过程称为石墨化。

（三）铸铁的石墨化石墨化：铸铁中石墨的形成过程称为石墨化。

1．石墨化过程Fe-- Fe3C / Fe—G 双重相图。

石墨化的三个阶段：（1）第一阶段（高温）石墨化从液相中直接结晶出石墨：L →G I(Wc >4.26%)通过共晶反应形成的石墨：在11540C，Lc’ → A E’+ G共晶（2）第二阶段（中间）石墨化11540C ～7380C冷却过程中从A相中析出的石墨:，A →G II（3）低温石墨化阶段在7380C通过共析反应形成的石墨，As’→Fp + G共析2．铸铁石墨化过程对室温组织的影响三个阶段石墨化都进行彻底 F + G ；第三阶段石墨化不彻底 F + P + G ；第三个阶段石墨化未进行P + G 。

铸铁铸钢的材料特性和结构特点来源：对钩网工业用的铁和钢都是铁碳两种元素达的合金，含碳量在2.11%以上的是铁，在2。

11%以下的是钢。

铸铁和铸钢是工业机加工中常用的加工材料.下面，我们介绍几种常见的铸铁和铸钢材料,以及它们的材料特性和结构特点。

灰铸铁灰铸铁是含有片状石墨的铸铁，是应用最为广泛的铸铁，产量占铸铁总产量的80%以上。

灰铸铁材料综合力学性能低，抗压强度大，是本身抗拉强度的3到4倍。

消振能力比钢大10倍，故经常用来制造承受振动的机座。

弹性模量较低,其壁厚变化对力学性能影响较大。

由于其对冷却速度有很大的敏感性，灰铸铁铸件在厚度较薄的截面上经常出现白口和裂纹，而在厚度较厚的截面上又经常导致琉松情况。

因此，灰铸铁件截面厚度存在一个临界值，如果超过了这个值，随着壁厚增加，其强度、消振能力、弹性模量等力学性能不仅不会增强，反而显著减弱.由于灰铸铁热稳定性较低，因此不能用于制造那些长时间工作在超过250摄氏度环境下的零件。

相比于铸钢材料，采用灰铸铁可以得到厚度更薄，几何形状更复杂的铸件,而且铸件中的残余内应力和翘曲变形都要更小一些。

由于在各截面上性能比较均匀，灰铸铁常用于制造要求高，但截面不一定较厚的铸件。

蠕墨铸铁蠕墨铸铁是呈蠕虫状的铸铁，它掺入的石墨形态是介于片状石和球状之间的，化学结构与灰铸铁类似。

蠕墨铸铁综合力学性能比灰铸铁略好一点，而比球墨铸铁略逊一筹，其冲击韧性、延长率抗压强度、屈服强度等均在二者之间，壁厚变化对力学性能影响比灰铸铁小。

蠕墨铸铁对冷却速度的敏感性比灰铸铁小得多，且具有良好的导热性,所以经常用来制造工作环境温度苛刻，温度梯度比较大的零件.由于蠕墨铸铁材料强度较高，致密性好,对于缺口的敏感性小，具有良好的工艺性能，可以用来制造几何形状复杂的大型零件。

为了节约废钢,减轻铸件的重量，蠕墨铸铁还可用来替代孕育铸铁件,这样做还可以达到有效提升成品率、增强铸件气密性的目的，特别适于生产液压件。

钢结构铸钢节点安装施工工法一、前言钢结构铸钢节点安装施工工法是指在钢结构安装过程中，采用铸钢节点连接构件的一种施工工艺。

该工法通过将构件直接连接而不需经过钢焊接或螺栓连接的方式，提高了节点的承载能力和稳定性，同时简化了施工过程，降低了施工难度和成本。

二、工法特点钢结构铸钢节点安装施工工法具有以下特点：1. 高强度和稳定性：铸钢节点具有较高的强度和刚度，能够满足钢结构的承载要求，并能够抵抗地震和风荷载等外力影响。

2. 施工效率高：采用铸钢节点连接构件能够减少钢焊接或螺栓连接的步骤，简化了施工流程，提高了施工效率。

3. 节点结构合理：铸钢节点的设计合理，能够减轻节点的应力集中，提高节点的承载能力和使用寿命。

4. 构件轻量化：铸钢节点可以实现构件的轻量化设计，降低了钢材的使用量，减少了工程成本。

5. 适应性强：该工法适用于各种不同形状和材质的构件，具有广泛的适用范围。

三、适应范围钢结构铸钢节点安装施工工法适用于各类建筑工程中的钢结构安装，包括工业厂房、商业综合体、桥梁、塔楼等。

在大跨度和超高层建筑中，尤其适用于结构复杂、节点连接密集的情况。

四、工艺原理钢结构铸钢节点安装施工工法的工艺原理是通过钢结构节点的铸造制作，将构件直接连接。

在实际施工中，首先需要进行节点的设计，根据实际应力情况和负载要求，确定节点的形状和尺寸。

然后，根据节点设计图纸，在施工现场进行节点的铸造，选择合适的钢材进行制作。

最后，将铸造完成的节点与相应的构件连接起来，形成整体的钢结构。

五、施工工艺钢结构铸钢节点安装施工工艺包括以下几个阶段：1. 节点设计和制作：根据节点的设计要求，制作相应的节点模具，并将铸钢节点制作好。

2. 构件准备：根据施工图纸要求，对各个构件进行加工处理和表面防腐处理。

3. 节点铸造：设立临时模架和铸造平台，将铸钢节点放置在相应位置，进行节点的铸造和冷却。

4. 构件安装：将铸造完成的节点与构件进行连接，采用吊装或者推拉等方式，确保连接稳固。

铸钢节点在大跨度管桁架建筑钢结构中应用探讨摘要:随着城市的不断发展,建筑行业也取得了突飞猛进的进步,而在大跨度管桁架建筑钢架构中,近几年来也提出了铸钢节点这一种新的结构形式,这种结构因为其独有的性能,应用在荷载较大,受力毕竟复杂的部位,已经运到到了很多比较标志性的大型建筑上。

而大跨度管桁架建筑钢结构具有造型优美、施工周期短、含钢量低的优点,也运用在了很多大型民用建筑上。

将铸钢节点和大跨度管桁架建筑钢结构相互结合,共同利用在各种建筑结构上,将大大推动建筑行业的发展,而对于此,就需要将建筑结构上运用铸钢节点的问题所解决,才能更好的使用这一门技术,本文将结合自身经验,提出了铸钢节点在大跨度管桁架建筑钢结构上的应用。

关键词:铸钢节点;大跨度管桁架建筑钢结构;施工应用引言现如今,国家对建筑行业的发展非常重视,更是要求相关建设在保证其质量的同时,也需要保证周期和建筑造型的优美。

而大跨度管桁架建筑钢结构就符合这一标准,所以在近些年来一直运用于很多大型的标志性建筑,然而想要推动建筑行业的发展,就必须不断的创新和完善相关建筑技术,铸钢节点则是最新研究出,可以运用在大跨度管桁架建筑钢结构上的一种结构形式,相关人员,在不停的断两者进行分析和研究,就可以更好的将两者结合,使其共同运用在建筑上,让建筑行业得到发展。

一、铸钢节点的常用结构形式目前在市面的建筑上,铸钢节点得到了广泛的运用,常见的结构形式有混合型铸钢节点、树形铸钢节点和铰接铸钢节点等形式。

树形铸钢节点在建筑上主要运用在取代主管与其它相连支管的节点,通过让对接焊缝把相贯焊缝替代的方式,使焊接应力集中得到了相对的减少,减少了施工的损耗。

铰接铸钢节点的作用则是,造型上的美观和节点上的简化,在建筑施工上,通常运用在杆件的端部连接处。

最后一种混合型铸钢节点,可以说是树形铸钢节点和铰接铸钢节点的融合型节点,充分将以上两种节点的优点相融合,在很多的民用建筑上都有运用。

[1]二、铸钢节点的特点在建筑行业里,除了近几年开始运用的铸钢节点,其余的则是普通管相贯节点和管板节点,相比较之下,铸钢节点是可以根据客户的需要进行实际设计的,并且造型美观,可塑性比较强。

铸钢的特点和主要用途铸钢是一种常见的金属制品，具有许多独特的特点和广泛的用途。

本文将详细介绍铸钢的特点和主要用途，并从不同角度对其进行解释。

一、铸钢的特点1. 强度高：铸钢具有较高的强度和硬度，能够承受较大的力和负荷。

这使得铸钢成为制造机械零件、工程结构和交通运输设备等领域的理想材料。

2. 耐磨性好：由于铸钢具有较高的硬度，因此具有较好的耐磨性。

在一些需要经受摩擦和磨损的工作环境中，铸钢能够保持较长时间的使用寿命。

3. 耐腐蚀性强：铸钢在某些特定的环境中具有较好的耐腐蚀性能，能够抵抗酸、碱、盐等腐蚀介质的侵蚀。

这使得铸钢广泛应用于化工、海洋工程和海水处理等领域。

4. 加工性好：铸钢具有较好的可塑性和可加工性，能够通过铸造、锻造、焊接等工艺加工成各种形状的零件和构件。

这使得铸钢成为制造行业中不可或缺的材料。

5. 可靠性高：铸钢具有较高的可靠性和稳定性，能够在极端的工作环境下保持正常运行。

这使得铸钢得到广泛应用于航空航天、核能、电力等高端领域。

二、铸钢的主要用途1. 机械制造：铸钢广泛应用于机械制造领域，如制造机床、汽车零部件、工程机械等。

铸钢具有高强度和耐磨性，能够满足机械设备在高负荷和恶劣工作环境下的要求。

2. 建筑工程：铸钢在建筑领域中起到重要作用，如用于制造钢结构、桥梁和高楼大厦等。

铸钢具有较高的强度和稳定性，能够保证建筑物的安全和稳定。

3. 航空航天：铸钢在航空航天领域中扮演着重要的角色，如用于制造飞机发动机、涡轮叶片和航空零部件等。

铸钢具有高温强度和耐磨性，能够满足航空航天设备的高要求。

4. 能源领域：铸钢在能源领域中应用广泛，如用于制造核电站设备、火力发电设备和风力发电设备等。

铸钢具有较好的耐腐蚀性和高温强度，能够适应能源设备的特殊环境。

5. 海洋工程：铸钢在海洋工程领域中有重要的地位，如用于制造海洋平台、海底管道和海洋结构等。

铸钢具有较好的耐腐蚀性和良好的可靠性，能够应对海洋环境的挑战。

简述钢结构连接的类型及特点钢结构连接是指将钢结构中的不同构件通过连接件相互固定和支撑的方式。

常见的钢结构连接类型包括普通结构连接、高强度结构连接、刚性结构连接和膨胀结构连接等。

普通结构连接适用于一般建筑的钢结构连接，在连接构件上使用螺栓、铆钉等连接件。

高强度结构连接主要用于需要承受大荷载的建筑物，采用高强度螺栓连接，可以满足强度要求。

刚性结构连接的特点是连接件具有较高的刚性，可以实现构件之间的旋转刚度。

这种连接方式适用于需要较高稳定性和精度的建筑结构。

膨胀结构连接适用于大跨度的钢结构中的连墙板和屋顶板连接。

由于采用膨胀螺栓连接，可以方便地进行连接和拆卸，具有更好的维修性。

总之，正确选择合适的钢结构连接类型，可以确保构件之间的紧密连接和稳定，提高钢结构的安全性和可靠性。

钢结构铸钢节点安装施工工法一、前言随着城市化的发展和建筑技术的不断提升，越来越多的大型建筑选择采用钢结构作为建筑框架，其强度和稳定性远高于传统的混凝土结构。

而在钢结构中，节点连接是至关重要的一环。

钢结构铸钢节点安装施工工法是钢结构节点连接的一种新型施工工艺，其采用铸钢的方式对节点进行制作，进而实现节点间的连接。

本文将对该工法进行详细介绍。

二、工法特点钢结构铸钢节点安装施工工法相较于其他节点连接工法具有如下特点：1、强度高：铸钢节点连接强度高于传统的焊接或螺栓连接。

2、重量轻：相较于其他工法，铸钢节点在保证强度的同时具有更轻的重量，从而减轻建筑负担。

3、成本低：铸钢节点的生产和加工成本较低，从而降低了施工和制造成本。

4、工期短：铸钢节点的制作和安装工期相较于其他工法更短，从而缩短了施工周期。

5、适应性广：铸钢节点可以适用于多种不同的建筑形态和施工环境，具有较高的通用性。

三、适应范围钢结构铸钢节点安装施工工法适用于以下场景：1、大型钢结构建筑：如体育馆、会展中心、高层建筑等。

2、特殊气候条件下的建筑：如海上风电塔、高山建筑等。

3、震区建筑：铸钢节点具有较高的稳定性和抗震性，适合于地震区的建筑。

4、特殊建筑要求：如建筑外观美观、空间大、通风良好等特殊要求的建筑。

四、工艺原理钢结构铸钢节点安装施工工法采用了铸造加工技术，将节点的作用面铸成一体，通过承载受力来确保节点的强度和稳定性。

其主要采取如下技术措施：1、节点铸造：在现场首先制作更小铸钢件，再将这些比较小的铸钢件通过焊接方式组装成最终的节点。

2、节点连接：通过焊接和螺栓连接的方式将节点与构件连接起来，保证节点的强度和连接的稳定性。

五、施工工艺钢结构铸钢节点安装施工工法的施工过程主要包括以下几个阶段：1、设计阶段：对施工图纸进行分析和设计，确定铸钢节点的型号、尺寸和数量。

2、生产阶段：在铸造加工厂进行铸钢件生产和制作，精细设计出制作铸钢节点所需要的模具，然后在模具内进行熔铸和造型。