河北鑄鋼-鑄鋼節點-材質ZG20Mn5-鑄鋼大型廠家
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最近建成的鄭州展覽中心位于鄭州市鄭東新 區,是該市經貿、文化交流與展示的重要場所。展 覽中心鋼結構屋蓋由174m x 180m和174m x60m 的兩個矩形平面用角度為50。的扇形平面連接而 成,屋蓋總面積約5. 5萬ri。整個屋蓋的大部分 重量通過12根拉索分為兩組懸掛在兩根主桅桿 上(圖1),再由桅桿、撐桿及穩定索組成的穩定承 載體系傳至下部的混凝土結構。
本文研究對象是主桅桿上同時連接六根屋蓋 拉索的關鍵節點,如圖2所示,節點為鑄鋼件,呈 圓筒狀,外徑L7m,高1. 89m,筒身壁厚150mm, 節點整體為單軸對稱。為提高整個鑄鋼節點的承 載力,在節點筒體內設置二道環形加勁肋,肋板內 徑1.0m,厚80mm。節點的幾何形狀及承受的1.2 倍設計荷載見圖2。本節點的材料性能相當于德 國規范DIN7182中的鑄鋼材料GS -20Mn5,其力 學性能見表1。
表1 鑄鋼材料力學性能
圖1鄭州展覽中心屋蓋示意圖
屈服強度(MPa) | 275 |
抗拉強度(MPa) | 450 |
設計強度(MPa) | 230 |
彈性模量(MPa) | 206000 |
延伸率(%) | 22 |
D級沖擊功(J) | N34 |
該鑄鋼節點具有以下特點:
(1) 體積龐大,自重約14.5t。
(2) 節點上的支管較多,空間有6根拉索通 過錨桿連接到支管上。
(3) 支管受力大,最大1.2倍設計荷載達到 4440kN,且受力較復雜,索的拉力通過錨桿端面 與支管內腔耳環端面的承壓傳遞到節點上,
目前鑄鋼節點雖然造價較高,但是,它可以避 免復雜節點因大量焊縫重疊交叉而產生的焊接缺 陷,具有可加工成各種構造形狀復雜、承載力要求 高的節點等優點,近年來在我國大跨度空間結構 連接節點方面顯示出良好的應用發展趨勢⑴。 然而,目前鑄鋼節點的設計還沒有任何可采用的 規范。鑒于本文討論的工程重要性和這種復雜鑄 鋼節點的首次使用,有必要對其進行試驗研究和 有限元分析,評估其在設計荷載作用下的安全性。
2.1加載裝置設計
本文鑄鋼節點的試驗采用與實際工程完全一
致的足尺試件,各支管的拉力將加載到1. 2倍的 設計荷載。考慮到加載支管多,有6根,且都為拉 力;再者,各拉力方向不同,又是傾斜方向(非豎 向、非水平),常用的反力架、試件地槽錨桿固定 的加載方式難以實施。為此,本文專門設計了如 圖3所示的自平衡方式對各支管加載的裝置,它 由1個反力臺座和6套加載設備組成,每套加載 設備又由600t穿心式千斤頂、螺桿、螺母、套筒等 配件組成。鑄鋼節點試驗時,拉索的拉力是通過 一個兩端有螺紋的連接套筒,其一端與穿心式千 斤頂的螺桿連接,另一端與錨桿連接,從而將千斤 頂的荷載施加到鑄鋼節點的支管內部端面上。
加載反力臺座自重達15t,外形似蓮花座,6 根變截面箱形懸臂梁象6朵花瓣從臺座中間向四 周伸出。鑄鋼節點放置在反力臺座上,每個懸臂 梁的挑出方向與各自對應的支座軸向垂直,安裝 好千斤頂及其連接配件,即可直接對支管加載,如 圖4所示。有限元計算以及試驗實測表明在試驗 荷載作用下,懸臂梁端部撓度僅5mm,遠小于千 斤頂行程,懸臂梁的剛度能夠保證加載順利進行。 試驗時6個600t穿心式千斤頂按各索的拉力同 比例同步加載。在正式加載前進行兩次預加載, 檢驗加載和測試系統是否正常。正式試驗時拉力 均勻分成12級加載,直至加到設計荷載的1.2 倍。