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武漢火車(chē)站:復雜多管相貫節點(diǎn)制造技術(shù)

作者:王朝陽(yáng) 蔣官業(yè) 任 勇 楊 丹 熊鳳霞    
時(shí)間:2012-09-14 15:03:47 [收藏]
武漢火車(chē)站鋼結構包括中央站房結構、樓面結構、雨棚結構和附屬結構。中央站房和雨棚結構屋面結構形式為空間雙曲雙拱結構,其中屋面桁架采用了多管相貫節點(diǎn)形式,相貫節點(diǎn)數最多達10個(gè),在國內尚屬于首例,本文詳細分析了該類(lèi)節點(diǎn)的制作工藝,為此類(lèi)構件的制造提供了參考和依據
    關(guān)鍵詞:多管相貫節點(diǎn) 武漢火車(chē)站

    [摘要]: 武漢火車(chē)站鋼結構包括中央站房結構、樓面結構、雨棚結構和附屬結構。中央站房和雨棚結構屋面結構形式為空間雙曲雙拱結構,其中屋面桁架采用了多管相貫節點(diǎn)形式,相貫節點(diǎn)數最多達10個(gè),在國內尚屬于首例,本文詳細分析了該類(lèi)節點(diǎn)的制作工藝,為此類(lèi)構件的制造提供了參考和依據。

    1  概述

    鋼管相貫空間桁架結構相比球節點(diǎn)桁架造型美觀(guān),大方。相貫桁架的大規模使用是從1995年日本大阪關(guān)西國際機場(chǎng)建造開(kāi)始,近年來(lái)國內外的一些公共建筑如機場(chǎng)航站樓、航空港、候機樓大廳、展覽館、體育館中均有大量的應用。
          武漢火車(chē)站多管相貫節點(diǎn)與其它結構的相貫節點(diǎn)又有較大差別:常見(jiàn)桁架結構相貫桿件數量一般不超過(guò)8個(gè),同時(shí)相貫桿件有明顯的主次桿之分,而以武漢站鋼結構相貫桿件數量在6-10之間,超過(guò)8管相貫數量較多,同時(shí)相貫相件規格較為接近,無(wú)明顯主次之分,制作難度增大許多。

    2  加工工藝

          2.1 多管相貫節點(diǎn)構造
          多管相貫節點(diǎn)構件分別由桁架上弦縱桿、橫桁架牛腿、直腹桿牛腿、斜腹桿牛腿、拉接板、加勁板等組成,如圖1所示:
     

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    2.2加工工藝
          工藝流程:地基夯實(shí)、抄平、防沉降措施、軸線(xiàn)施測、焊接回路布設→布設組裝胎架→垂直運輸設備調校、吊索具分類(lèi)檢驗、臨時(shí)支承作業(yè)架布設、點(diǎn)位移植標識,上弦桿吊上胎架進(jìn)行定位→吊裝定位次桁架牛腿→焊接→探傷→裝配定位直腹桿牛腿垂測核驗→焊接防變形焊序→無(wú)損檢驗,確認滿(mǎn)足質(zhì)量等級→裝配定位斜腹桿牛腿→焊接→探傷→測量、校正→裝配定位拉接板→安裝各加強勁→定位正確后進(jìn)行自檢互檢→合格后提交專(zhuān)職質(zhì)檢員進(jìn)行驗收→驗收合格后進(jìn)行焊接→焊后進(jìn)行探傷→系統實(shí)施測量、冷調熱矯校正→端部余量裁切,見(jiàn)圖2所示:

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    3  加載試驗

    3.1試驗內容
          A、單管拉伸試驗,單管拉伸試驗包括兩個(gè)試件:一個(gè)為未焊接支管的鋼管拉伸試驗,另一個(gè)為焊接支管后鋼管的拉伸試驗,測試并比較兩者的屈服強度、極限強度、伸長(cháng)率等性能。
          B、單平面多管相貫節點(diǎn)試驗:多管相貫節點(diǎn)在設計荷載下的受力性能,包括應力分布、構件變形等方面,通過(guò)逐步加載的方式,確定節點(diǎn)的極限承載能力。

    3.2試驗對象的選擇
          試驗選擇了F軸主拱跨中的相貫節點(diǎn),該相貫節點(diǎn)支管數目為8根,屬武漢站中較常見(jiàn)的相貫節點(diǎn)形式,見(jiàn)圖3所示。

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    3.3 加載方法及測試
          A、單管拉伸試驗
          單管拉伸試驗在臥式拉力試驗機中進(jìn)行,加載示意圖如圖4,該裝置加載能力為1200t,預計加載極限拉力為650t左右,見(jiàn)圖4所示。
     

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    B、單平面相貫節點(diǎn)試驗
          單平面相貫節點(diǎn)試驗在剛性反力架中進(jìn)行,本次試驗采用兩個(gè)千斤頂加載,最大加載量為2倍設計荷載值:主管(豎向)千斤頂極限加載壓力為150t左右,腹桿(橫向)千斤頂極限加載壓力為120t左右,如圖5所示:
     

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    3.4  加載方式
          本次試驗擬采用單調加載方式,結合有限元的分析結果,合理確定每一階段的加載步長(cháng)。加載順序為:
          (1)預加載——取設計荷載的5%左右,用于檢查、測試各相關(guān)設備的連接、工作狀態(tài);
          (2)彈性加載階段——在模型進(jìn)入塑性前,加載步長(cháng)可稍取大一些,比如可取最大彈性荷載的15%左右;
          (3)塑性工作階段——模型進(jìn)入塑性后,荷載步長(cháng)要縮短,并根據現場(chǎng)情形隨時(shí)進(jìn)行調整,直至模型破壞、加載結束。

    3.5  測試內容及方式
          根據設計單位的要求并結合有限元分析結果,測試關(guān)鍵部位的應力、應變、位移、指定標距范圍內的伸長(cháng)率;觀(guān)察模型的變形態(tài)勢。
          所有的加載、應變、位移數據由計算機自動(dòng)采集并進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。

    3.6  試驗結果
          試驗結果與計算值比較穩合,相貫節點(diǎn)在1倍的設計荷載下,節點(diǎn)變形較小,材料基本處于彈性狀態(tài);隨著(zhù)荷載的增加,塑性區逐漸發(fā)展;在2倍設計荷載下,節點(diǎn)的水平位移較大,但仍未喪失承載能力。試驗證明該相貫節點(diǎn)在特定加載方式下是安全的,并具有一定的安全儲備,相貫節點(diǎn)的制作滿(mǎn)足設計質(zhì)量要求。

    4  結論

    武漢站鋼結構多管相貫節點(diǎn)的制造工藝,填補國內外多管相貫節點(diǎn)無(wú)成熟制造工藝的空白,見(jiàn)圖6所示
     

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           參考文獻
          【1】《鋼結構工程施工質(zhì)量驗收規范》GB 50205-2001
          【2】《建筑鋼結構焊接技術(shù)規程》JGJ81-2002
          【3】《低合金高強度結構鋼》GB/T1591

          作者簡(jiǎn)介:王朝陽(yáng),中建鋼構有限公司武漢分公司經(jīng)理。

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