(陈以一)空间结构大型铸钢节点试验研究

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重庆渝北体育馆铸钢节点有限元分析

重庆渝北体育馆铸钢节点有限元分析罗永峰;韦艳娜;贾宝荣;王飞;仇玉宾【摘要】为了深入了解重庆渝北体育馆屋盖结构设计中铸钢节点的受力性能并确保结构在设计荷载下的安全性,根据设计要求对该铸钢节点进行了精细有限元分析,从而了解该铸钢节点在设计荷载下的受力特征以及弹塑性极限承载性能.铸钢节点弹塑性极限承载力分析表明,该节点圆弧过渡区域存在应力集中现象.着重研究了圆弧过渡半径对节点极限承载力以及圆弧过渡区域应力集中的影响,对该铸钢节点的应力集中状况进行优化分析,分析结果表明,适当选取圆弧过渡半径的大小,能够显著降低圆弧过渡区域的应力集中,延缓节点屈服破坏的进程,从而提高节点的承载能力.最后提出降低该铸钢节点应力集中的措施,为设计提供依据.【期刊名称】《结构工程师》【年(卷),期】2010(026)004【总页数】5页(P52-56)【关键词】铸钢节点;有限元分析;应力集中【作者】罗永峰;韦艳娜;贾宝荣;王飞;仇玉宾【作者单位】同济大学建筑工程系,上海,200092;同济大学建筑工程系,上海,200092;上海机械施工有限公司,上海,200072;同济大学建筑工程系,上海,200092;上海宝冶集团有限公司,上海,200941【正文语种】中文1 工程背景随着复杂钢结构的广泛应用,结构的跨度越来越大,形式日趋多样,传统的焊接球节点、钢管相贯节点等形式难以在构造及制作工艺上满足复杂的受力体系要求[1-3]。

随着铸造技术水平的提高,铸钢节点以其形式多样、造型优美、残余应力小、受力合理等优点在当前条件下能充分满足复杂钢结构节点的设计应力状态和受力要求,在国内外大型空间结构中得到了广泛应用[4-6]。

重庆渝北体育馆屋盖结构采用索桁架组合体系,每榀桁架下弦采用拉索,上弦采用方钢管,结构中心区设置六边形“钢芯结构”用来连接各榀桁架的上下弦,结构有限元模型如图 1所示。

屋盖结构中大多数节点采用钢管直接相贯焊接连接,而“钢芯”的六边形角点及中心节点采用铸钢节点,六边形角点位置如图 2所示。

荆门西站复杂铸钢节点设计及受力性能分析

荆门西站复杂铸钢节点设计及受力性能分析
陶德怀
【期刊名称】《山西建筑》
【年(卷),期】2024(50)10
【摘要】荆门西站屋盖为马鞍形双曲屋面,采用网架+桁架结合的大跨度复杂空间结构体系,由于屋盖结构曲面造型复杂、平面尺度超长且站房东侧、西侧的大悬挑桁架和中间区域曲面网架采用拱形大桁架连接,使得钢结构屋盖受力异常复杂,并存在超多杆交汇和树状分叉的关键节点,该节点采用铸钢节点的形式。

针对此类复杂铸钢节点,首先介绍了铸钢节点的设计,然后采用ABAQUS软件对铸钢节点在最不利荷载工况作用下的力学性能进行有限元分析,并分析了节点的极限承载力。

结果表明:铸钢节点在设计荷载作用下完全处于线弹性状态,铸钢节点设计合理;按比例施加10倍设计荷载作用,提取节点的荷载-位移曲线,在4.2倍及5.4倍设计荷载作用下,节点达到极限承载力,综合多工况分析可判断所设计的铸钢节点具有较高安全储备,满足设计要求,可为相关工程的铸钢节点设计提供参考。

【总页数】4页(P64-67)
【作者】陶德怀
【作者单位】中铁第四勘察设计院集团有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TU312
【相关文献】
1.树状结构四分叉铸钢节点受力性能分析
2.重庆渝北体育馆铸钢节点受力性能分析
3.树状柱结构空间四分叉铸钢节点受力性能分析
4.某综合楼采光顶G20Mn5铸钢节点受力性能分析
5.武汉国际博览中心展馆复杂铸钢节点受力性能分析
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本科工程专业要立足于培养工程师——工程教育认证的“成果导向”

高等建筑教育2019年第28卷第3期JURNAL OF ARCHITECTURAL EDUCATIN I IOSTITUTIONS OF HIGHER LEARNIG Vol.28Nc.3201963 =oml0Al&35/j武scA005-2909苏019苏3苏09欢迎按以下格式引用：陈以一,张伟平•本科工程专业要立足于培养工程师一一工程教育认证的“成果导向”理念与本科专业定位#J] •高等建筑教育"2019,28(3)：63-69.工程专业要立足于培养工程师—工程教育认证的"成果导向”理念与本科专业定位—陈以一，张伟平(同济大学土木工程学院，上海200092)摘要：针对土木工程专业认证实践中发现的目标定位不清的问题，提出了坚持工程师培养的目标导向。

对比了国际工程联盟关于工程问题复杂性的分类和工程教育轨道的分类，讨论了本科工程教育专业认证毕业要求与工程师任职资格能力的相互关系。

分析说明，本科阶段的工程师教育必须以培养解决复杂工程问题的能力为核心，才能实现国际认证的实质等效；明确工程师能力培养的阶段性，才能科学合理地进行课程设置和课程建设。

建议从成果导向的要求出发，采取措施提升教师的工程实践能力和教学能力。

关键词：成果导向的专业教育；工程师培养目标；复杂工程问题与活动中图分类号：G642文献标志码：A文章编号：1005-2909(2019)03-0063-07一、引言本科工程专业要立足培养工程师，这看似不言而喻的共识性话题，实际仍然存在一些认知分歧。

当前，土木工程专业的认证实践中，有不少表现出来的问题与之有关。

对为何需要培养和如何培养学生“解决复杂工程问题的能力”，有的专业认为本科阶段能掌握一些基本专业知识，并且会应用即可，解决复杂工程问题的能力只能在日后工作实践中去培养，因而仅将日常教学活动戴个“复杂工程问题”的帽子去应付认证。

例如:课程设置实际上不满足认证标准关于数学与自然科学课程的学分占比要求,为了应付认证，将若干不属于土木工程专业领域的电工学、算法语言等课程充作修回日期:2019-03-04基金项目：同济大学教学改革与建设项目"以工程教育认证为抓手，创新OBE导向专业教育的研究与实践”作者简介:陈以一(1955—),男，同济大学土木工程学院教授，住建部高等土木工程教育评估委员会主任委员，中国工程教育专业认证协会理事,主要从事钢结构、土木工程高等教育评估研究，(E-mail)yiyichen@;张伟平(1973—)，男，同济大学土木工程学院教授，教育部高等学校土木类专业教学指导委员会土木工程专业分委员会秘书长，主要从事结构全寿命设计与维护、土木工程高等教育研究，(E-mail)weiping_zh@.致谢:感谢重庆大学李正良教授对该文论点完善给予的宝贵建议。

大型铸钢节点拉力加载试验研究

果如图５所示。
题［］结构工程师，０９，５４１ —１．Ｊ．２０２（）：１８［张其林，２］季俊，王洪军等．某观光塔铸钢节点试验研究与数值
分析［］工业建筑，０，９Ｓ）４９４１Ｊ．２９３（１： — ６．０５［］赵才其，３马洪涛，赵惠麟．分叉柱底铸钢节点的试验研究［］Ｊ．
的，图３示。如所
由于实验不需要持荷太久，以张拉钢绞线时只所需要工具锚即可。预应力钢绞线锚固在节点连接件上，另一端通过锚具直接用千斤顶张拉。由图３可见，采用此方案，在节点和反力架之间只
图１铸钢结点模型
需一个连接件，心千斤顶可以放在反力架外面，穿大
试验需使节点承受５１，０、８ｋ２５２０１５Ｎ的荷载，７４具体加
载值如表２所示。
表１铸钢节点几何尺寸ｍｍ
图２加载所用反力架
１２反力装置．
铸钢件节点在如图２所示的反力架中进行试验。
该反力装置全部由Ｈ型钢组装而成，。本试验所用反力架几何尺寸为７０ｒ４０ｍ４０ｍ长Ｘ宽３０ｍ× ５０ｍ× ００ｍ（ａ
张惠峰等：大型铸钢节点拉力加载试验研究
５３
＼
连接节点
曼辫力
／Ｕ
．１
顶
图３预应力张拉原理示意图
大节省了空间，特别在拉力增：如达到几百吨时，，只需增加预应力钢绞线即可，强度较易保证。同时由于钢绞线是柔性的，以避免拉力的偏心。可

大型钢桁架结构铸钢节点制作研究

大型钢桁架结构铸钢节点制作研究本文以金沙江路真北路人行天桥新建工程钢结构铸钢节点为实例，介绍了铸钢节点的深化设计和制作工艺，确保铸钢节点的精度、铸造质量满足设计和规范要求，值得类似工程推广应用【标签】钢结构；桁架体系；铸钢节点；热处理一、工程概况金沙江路真北路人人行天桥主桥为钢结构空间管格构桁架体系，内外侧面为不规则双向倾斜，空间桁架多节点交汇，杆件有相贯连接，焊接连接，高强螺栓连接多种形式。

构件数量多，空间结构复杂。

本工程的上弦节点为钢管多支交汇节点，为避免多支钢管相贯焊接节点应力太大和焊接的不便，设计上采用了铸钢节点，设计要求铸钢件的材质性能应等于或优于Q420Qd，铸钢节点壁厚不小于40mm，铸钢杆件最小长度不小于1米。

在建筑钢结构铸钢节点的深化设计、模型制造、铸造及质检等过程中，将严格控制每一生产过程，确保提供高品质的铸钢节点。

铸钢节点的生产是集计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测量（CAM）及先进的铸造工艺和技术为一体的高科技产品。

本公司将选择具有综合科技优势的专业生产单位，确保铸钢节点高品质。

二、深化设计充分发挥在铸造领域中的技术优势，结合近年来铸钢节点深化设计的实际经验，运用计算机辅助设计（CAD），在钢结构铸钢节点的深化设计中，在体现建筑师的设计思想、符合结构设计的要求的前提下，满足铸造生产，确保铸钢节点高品质。

三、铸造生产3.1 模型制作模型的设计与制造是铸钢节点制作的关键步骤。

铸造中常用的模型制作方法有：木模型、蜡模型、金属型、消失模。

其中，蜡模型只适用于小件生产，金属型适用于大批量生产。

根据项目的特点，选择适用于本项目铸钢节点的模型制作。

3.2 铸造工艺铸造工艺是获得良好铸钢节点制作的重要环节之一，根据铸钢节点结构的特殊性，借助模拟凝固软件，制定合理的铸造工艺是铸件能否成功的关键因素。

1、涂料：涂料是为了增加型砂抵抗金属液的冲刷和侵蚀作用，防止铸件表面产生机械或化学粘砂获得表面光洁的铸件。

钢管结构相贯节点的研究现状_陈以一

第32卷第7期建筑结构2002年7月钢管结构相贯节点的研究现状陈以一陈扬骥(同济大学钢结构研究室上海200092)[提要]简述钢管结构和相贯节点的类型,国内外对其承载性能试验、强度计算研究的进展,以及同济大学近年来的试验和分析工作,并提出了作者对相贯节点进一步研究课题的看法。

[关键词]钢管结构相贯节点研究评述T he authors introduce the steel tubular structure,the classification of tubular joints,t he de velopment of re searching tubular joints in our country and abroad,t he experiment and analysis resea rch in T ongji University recently.Some view points about further rese arch on tubula r joints are presented.K eyword s:steel tubular structure;tubular joints;rese arch appraisal一、概述近20年来,钢管结构在我国得到迅猛发展,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、宾馆等建筑中得到广泛应用。

钢管结构已不是传统意义上的钢管结构了,钢管作为建筑物的支柱,可与工字形截面或其他开口截面的钢梁构成框架结构;在以开口截面杆件为主的结构中,也可见作为其子结构的钢管桁架、网架等;钢管内填入混凝土后,可形成一种新颖的结构形式)))钢管混凝土结构。

钢管结构的优点是圆管和方管的对称截面形式使得截面惯性矩对各轴相同,有利于单一杆件的稳定性设计;截面的闭合提高了抗扭刚度;对板件局部稳定性而言,闭合截面也优于有悬挑板件的开口截面;这些无疑都是结构工程师所欢迎的。

大型铸钢节点加载试验研究

的剪切变形很大，但上核心区和下核心区不是作为一个整体来工点抗震性能试验研究［］建筑结构学报，０１３（）１３Ｊ．２１，２７：３ —
１４０．
作，如何将异型节点剪切变形的影响考虑到钢框架抗震性能中也
Ｒｓａｃｎｓｔｓｏｂｏｍａｊｉｔｏｉｄｓｅｆａｅｅｒｈｏａｕｆｎｒｌｏｎｓｆｇｔｌｒｍｅｔａｒｉｅ
受力复杂，于至关重要的位置，又处其可靠性直接影响结过铸钢节点表面现场测试和有限元分析比较，互印证，相以有限型巨大，
元分析的结果来推断整个铸钢节点内部的应力状况。例如上海构的安全。现选取其中一个节点进行试验分析，对节点应力等效，简化南站无柱雨棚铸钢节点Ｊ南京奥体中心体育场钢屋盖主拱铸钢、
３异型节点的空间性能和静力及动力性能研究较少：）从现有分析是十分必要的，试验中构件数量、研究的因子都有限，时数此的试验资料来看，因试验条件限制，目前钢结构梁柱异型节点的值模拟分析可作为补充手段。试验仅为平面加载的拟静力试验。而拟静力试验无法真实的反参考文献：映异型节点在地震作用下的受力特点及性能，一方面是由于平面［］余海群，１钱稼茹，颜加载无法对异型节点承载力在实际工程中受直交粱的约束作用
通准确了解节点Ｊ苏州博物馆多杆相交铸钢节点等典型的工程均运用试为轴向加载方式，过试验结果和理论分析结果比较，、验研究和理论分析相结合的方法来测试节点的受力性能、加工工该铸钢节点的承载性能。

建筑用铸钢节点设计的若干关键问题

第 25卷第 4期 2009年 8月
结构工程师 Structural Engineers
Vol. 25, No. 4 Aug. 2009
建筑用铸钢节点设计的若干关键问题
赵宪忠 3 沈祖炎陈以一
(同济大学建筑工程系 ,上海 200092)
摘要建筑用铸钢节点由于避免或降低了构件相接处的应力集中程度 ,具有节点设计自由度大、外形美观等特点 ,已在我国越来越多的工程中采用。结合《铸钢节点应用技术规程》(CECS 235∶2008)的编制 ,从铸钢节点形式、铸钢材料选用、节点承载力计算方法、有限元分析原则、铸钢节点试验方法、节点构造和铸造工艺要求等方面对铸钢节点的设计进行了阐述 ,以便于工程技术人员更好地应用铸钢节点。关键词铸钢 , 节点 , 有限元 , 构造
Abstract Connections of structural steel casting have been w idely used in China in recent years, largely ow ing to the excellent chrematistics including stream lined shapes w ith m inimum stress concentration, unlim ited choice of joint form s and elegant appearance. B ased on the comp iling of the technical specification for app lication of connections of structural steel casting CECS 235 ∶2008, issues including the selection of configurations and materials of structural cast steel joint, the calculation method of joint ultimate capacity, the p rincip le of finite element analysis and experim ents, the detailing of joints, as well as the requirement of foundry, are described in the paper. Keywords steel casting, joint, finite element method, details

2010年度中国钢结构协会科学技术奖系列报道项目篇之一——空间结构与大跨异形钢结构应用研究

２）提出适应性施工的技术
形混合网格，可使上部单层网壳
与下部索杆体系有机结合，而从实现性能互补，提高结构效率。
３结构布置对结构性能及）经济性的影响研究。通过对网格
项Ｆ的基本情况和主要创新点，１以及杰Ｈ人才奖获得者的成果｛进行连续报道。￣－道共分两大部分，项ｌＥＪｆ暨口部分（３期）和人物部分（９期），分１期登载。本期为空问结构２
员会按有关程序和办法进行评审，００年度共评选１２１４项获奖项日，巾９人获得苗屑钢结其 ‘
构杰人才奖，在协会年度常
１）根据体育场拱形多轨道开合犀盖的特点，行钢结构制进作、装、应性施Ｔ、合屋盖安适开
措施。５小项目将纵横两向液压）＝＝
得了结构性能良好且更经济的椭球形索承单层网壳结构。
４结构静力性能研究。）获得
适应性施工综合技术应用研究（等奖）一本获奖项目主要完成单位为浙汀精钢结构有限公司、同济大学。主要完成人为陈国栋、陈以一等。开合犀盖是集钢结构设计与施Ｔ、起重机械与液压、自动控制、械安装与调试为一机
ｒ国内首个椭球形索承单层网

铸钢节点的研究及在大跨度空间结构中的应用

（ｃｏｌｏｖｌＥｎｇＧｕａｇｈｏｎｖｒｉｙＧｕｎｇｈｕ５００）ＳｈｏｆＣｉｉ．，ｎｚｕＵｉｅｓｔａｚｏ１０６
ＡＢＴＳＲＡＣＴＣａｔｓｅｌｏｎｓｈｖｅｎｗｉｅｙｕｅｎｔｅｗｏｌｕｏｔｅｒｅｃｌｅｔｐｒｒａｃ．ｔｉｎｌｚｄｓｔｅｉｔａｅｂｅｄｌｓｄｉｈｒｄｄｅｔｈｉｘｅｌｎｅｆｍｎｅＩｓａａｙｅｊｏｔａｈｅｔｒ，ｈｕｌｙｃｎｒｌａｄｗｅｄｎｅｈｉｕ，ｈｅｉｎｃｉｅｉｎｏａｔｓｅｌｊｉｔａｄａａｙｉｆｔｅｈｔｔｅｆａｕｅｔｅｑａｉｏｔｏｎｌｉｇｔｃｎｑｅｔｅｄｓｇｒｔｒｏｆｃｓｔｅｎ，ｎｎｌｓｓｏｈｔｏＦＥＭｎｈｘｅｉｎａｔｄｎｔｅｃｓｔｅｏｎｓＩｈｎ，ｏｕｇｓｉｎｒｒｓｎｅｎｔｅｐｏｌｍｓａｄｔｅｅｐｒｍｅｔｌｕｙｏｈａｔｓｅｌｉｔ．ｎｔｅｅｄｓｍｅｓｇｅｔｓａｅｐｅｅｔｄｏｈｒｂｅｓｊｏｏａｔｓｅｌｊｉｔ，ｏｂｏｖｄ，ｉｈｍａｅａｒｆｒｎｅｆｒｃｏｓｎａｔｓｅｌｊｉｔｆｒｌｒｅｍｏｅｎｚｔｎｆｃｓｔｅｏｎｓｔｅｓｌｅｗｈｃｙｂｅｅｅｃｏｈｏｉｇｃｓｔｅｏｎａｇｄｒｉａｉｏｏ
工程设计人员应用于工程实际之中。但是，与工程应用相比，铸钢节点的力学性能和承载力研究还对

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图 5 测点 86 反应曲线
图 6 测点 93 反应曲线
51 分析在最大试验荷载作用下铸钢节点试件测点中的最大折算应力出现在锚盘内侧 ,约为 278MPa 。此处应力较大的原因是锚盘处铸钢节点承载面反侧没有支承 , 相当于中央开口圆板只约束外圆周 ,而开口边有较大分布荷载。但所有测点的应力值均小于材料的屈服强度。节点其它部位的应力较小。四、有限元计算和试验的比较利用有限元计算软件 ANSYS 计算 ,采用 10 节点 4 面体实体单元建模 ,并利用了结构和荷载的对称性。结构中铸钢节点的右端与钢管桁架下弦相连 ,试验中 , 该端口通过锻钢柱面铰顶在 L 形反力架上 ,可以在铸钢节点对称平面内转动。建立有限元模型时 ,考虑到试验加载和实际结构的这一差别 ,分别采用不同的边界条件。将弹性有限元计算结果和试验结果相比较。铸钢节点两个面上的测试结果和有限元在相同工况下的计算结果比较见图 7 。图中曲线为有限元计算的铸钢节点的折算应力等高线 ,圈内数字为实测应变计算出的折算应力值。
有效防止节点破坏。鉴于材料的良好塑性性能 ,铸钢节点的强度判别可以采用 Mises 塑性条件。参照钢结构设计规范的强度计算公式 ,可得 :
σs =
1 2
[ (σ1
-
σ2) 2
+
(σ2
-
σ3) 2
+
(σ3
-
σ1) 2 ]
≤111 f y/ γR
( 1)
其中 σs 为折算应力 ,γR 按 11087 取值。
46
试件号
1 2 3 4 5 6 7 总平均值均方差
试件材性试验表
f y( MPa) 300 310 292 301 315 305 318 306 814
f u( MPa) 507 504 492 506 510 496 509 503 613
E ( MPa) 201 899 194 920 194 284 204 088 196 471 189 153 198 467 197 040
五、铸钢节点的强度准则由材性试验结果看出 ,铸钢材料强度指标比较稳定 ,屈服点平均值为 306MPa ,均方差为 814MPa ,以屈服点为设计强度依据 ,设材料屈服点服从正态分布 ,则按 97173 % 保证率 , 强度标准值可取为 289MPa , 取 Q235 钢材的抗力分项系数为 11087 ,由此确定节点铸钢的强度设计值。钢材伸长率远超过 22 % ,具有良好的塑性 , 即使节点内部有局部区域发展塑性 ,应能通过应力重分布
于节点轴线 a2a 的反力作用 ,没有垂直于轴线 a2a 的竖
向分力和弯矩。铸钢节点在点 B 通过钢制销栓铰接在
反力架上 ,与实际结构中的构造相同。张弦梁结构中
1) 同济大学建筑工程系 ,上海 ,200092 ;2) 广州地区建设工程质量安全监督站 ,510030 ;3) 上海机械施工公司 ,200072 。
第 32 卷第 12 期
建筑结构
2002 年 12 月
空间结构大型铸钢节点试验研究
卞若宁1) 陈以一1) 赵宪忠1) 沈祖炎1) 陈荣毅2) 吴欣之3)
[ 提要 ] 通过广州国际会展中心张弦梁端部大型铸钢节点足尺试验 ,得到试件表面的应力测试值 ;利用有限元软件建模和分析 ,得到测点位置的应力分析值。在试验值和有限元分析值一致的情况下 ,以有限元分析的结果推断了整个铸钢节点内部的应力状况 ,确定了强度准则。结合试验和分析 ,对节点的承载安全性做出了判断。给出了设计强度的建议值和强度判别式。 [ 关键词 ] 铸钢节点节点试验大吨位加载有限元强度准则
3. 测试方案铸钢节点上共布置三向应变片测点 79 个 ,计 237 个应变分量 ,分别测试节点内外表面的应变值。锚杆的实心圆钢段上分两个截面布置单向应变片 ,每个截面沿圆周均布 4 片 ,用来反算张拉千斤顶的实际拉力。另布置 6 个位移计 ,用来测试铸钢节点受荷后的空间变位情况。通过应变采集仪和计算机系统采集数据 , 施加每级荷载后即采集第一次数据 ,间隔 1min ,再采集第二次数据。三、试验结果及分析 1. 材性试验铸钢参照德国 DIN 标准制作。材性试验结果如表 1 所示。 2. 锚杆拉力校核为验证穿心式千斤顶加载的准确性 ,在锚杆两个截面上沿圆周对称布置两组应变片 ,通过应变片值反
试验加载条件下 ,铸钢节点测点的最大 Mises 应力为
278MPa ,小于材料的屈服强度。
(3) 有限元计算和试验结果符合良好。有限元计
算的铸钢节点在最大试验荷载作用下未超过弹性 ,在
最大设计荷载下的应力值与试验值相当接近。
(4) 根据材性试验 ,建议了铸钢节点的设计强度取
值和强度判别式。
图 7 有限元计算节点应力值和实测值比较
比较结果表明 ,有限元计算结果和铸钢节点上大部分测试点的折算应力分布吻合良好 ,因此建模和有限元计算是可以信赖的。
由有限元分析看出 ,在试验最大荷载作用下 ,铸钢节点的最大折算应力都在节点的表面区域 ,且其最大分析应力与最大测试应力值基本吻合。按 Mises 条件判定铸钢节点钢材未进入塑性。所以 ,可以推断整个节点在最大试验荷载作用下处在弹性范围内。
45
1 铸钢节点 ;2 锚杆 ;3 反力架 ;4 穿心式千斤顶 ;5 两个1 000 kN 千斤顶 ; 6 竖向反力架 ; 7 锻钢柱面铰 ;8 锚盘 ;9 锚杆连接套筒 ;10 螺帽 ;11 锚板
图 3 加载装置布置图
图 4 锚杆拉力校核
的拉索在试验中用锚杆代替 ,锚杆一端用螺帽固定在锚盘上 ,一端通过 L 形反力架的孔道和穿心式千斤顶 , 用螺帽固定在千斤顶上。用千斤顶对锚杆施加拉力 , 通过锚盘对铸钢节点施加压力。锚盘与铸钢节点的接触承压面及钢制销栓均按照实际结构尺寸制作。考虑到刚性桁架受拉腹杆内力较小 ,试验中不施加相应的荷载。对桁架受压腹杆与铸钢节点的连接头仅施加一对竖向荷载。图 3 中 L 形反力架用于平衡锚杆拉力 , 竖向荷载则通过竖向反力架予以平衡。
一、引言铸钢节点由于其良好的适用性正逐渐应用于大跨
度空间钢结构[1] 。然而目前并没有一套成熟的铸钢节点设计方法 ,在实际荷载作用下 ,铸钢节点的应力状况十分复杂 ,因此对大型、形状复杂的铸钢节点有必要进行试验研究。
此次试验服务于广州国际会展中心工程主体结构中的钢结构。该主体钢结构的屋架采用跨度达到 126m 的张弦梁[2] 。张弦梁端部为铸钢节点。该节点规格大 (115m ×2m ×1m) ,重量大 ( 张弦梁两端的节点重量分别为 40 和 60kN) ,由国内制造 ,是国内建筑结构中首次采用的超大型铸钢节点。铸钢节点在荷载作用下能否确保安全 ,是张弦梁屋架整体安全性的关键环节之一。此次试验的目的是确认大跨度张弦梁支座铸钢节点在最大试验荷载作用下的承载安全性。
六、结论
(1) 设计加载6 000kN 的试验加载装置 ,在实验室条件下模拟了大型铸钢节点的受力状况。
(2) 张拉式穿心千斤顶加载准确。锚杆的最大拉
力达设计内力的 1116 倍 ,铸钢节点与桁架下弦杆相连接处受力为设计内力的 1140 倍 ,销栓处反力合力达设
计反力的 1139 倍 ,均超过设计荷载产生的内力。最大
分析值。在应力分析值和测试值的大小和分布一致的条件下 ,以有限元分析的结果推断整个铸钢节点内部的应力状况。
(3) 确定强度准则 ,结合试验和分析 ,对节点的承载安全性做出判断。
试验在同济大学建筑工程验铸钢节点
图 2 铸钢节点最大试验荷载
二、试验设计 11 研究技术路线试验的铸钢节点是典型的三维结构 ( 见图 1) 。节点的承载安全性主要是指节点内的荷载效应 ( 应力) 应低于钢材强度。但是试验中只能测取节点试件内外表面有限点的应变状态 ,对节点内部的应力状况则无从测试。为此 ,确定如下的技术路线 ,综合测试和分析 , 以对节点承载安全性进行判断 : (1) 从张弦梁中取出一个典型节点 ,施加超过最大设计值的荷载 ,即最大试验荷载 ( 图 2) ,同时测取其内外表面若干点的应变 ,通过理论计算得到应力测试值。 (2) 有限元建模和分析 ,得到试验测点位置的应力
实际结构中刚性杆下弦及腹杆除承受轴力外 ,还
承受数值不大的弯矩和剪力。根据实际结构中的节点
状况进行建模计算 ,得到在最大设计荷载下的节点最大 Mises 应力为 σsmax = 280MPa 。由上述强度判别式
σsmax = 280 < 111 ×289/ 1 . 087 = 293 MPa
即可以认为节点在设计荷载下是安全的。
致谢 :本试验得到华南理工大学建筑设计研究院、
上海锅炉厂、上海浦江缆索厂的支持 ,特此感谢。
2. 加载方案
试验的难点在于大吨位加载的实施。实际节点受
到的张弦索设计拉力约5 100 kN , 试验中设计加载到
6 000kN 级。为此采用了图 3 所示的加载装置。铸钢
节点与刚性桁架下弦杆连接端部 A 处通过锻钢柱面
铰顶在焊接于反力架上的平行柱面上 ,两个柱面的圆
柱轴线平行 ,因此假定铸钢节点在 A 端主要承受平行
The full2scale loading test on cast steel joint with large size used in space structures is reported. By the measurement , the stresses on the surface of the cast joint are obtained. FEM analysis is also performed to compute the stresses on the same points. Both of the values match each other well ,and in that condition ,the inner stress distribution can be de2 duced by the FEM results. Combined the test and computation ,the strength criterion is determined ,and the safety of the joint is assessed. Keywords :cast steel joint ;loading test ;heavy load ; FEM analysis ;strength criterion