大跨度管桁架论文

2024-10-12

大跨度管桁架论文（共8篇）

大跨度管桁架论文篇1

摘要：本文以某建筑工程中的管廊工程为例,首先对该工程的特征与难点进行了介绍,其次对大跨度超重管廊桁架安装施工技术要点进行了探讨,希望有所帮助。

关键词：大跨度,超重,管廊桁架,施工技术

建筑工程施工过程中,经常会碰到安装困难的构件,尤其是大跨度超重管廊桁架,安装起来十分困难。施工人员选择应用适宜的吊装机械,并且对吊点位置进行合理的设置,从而有效解决大跨度超重管廊桁架安装问题。

1工程特征与控制难点

首先,该工程的通廊外型非常庞大,不仅不利于工程整体制作,也不利于现场运输,为此,施工人员选择应用了分片制作与现场分层相结合的施工技术工艺,这样不仅能够对构件制作尺寸进行十分有效的控制,同时也能够保证构件质量;其次,该工程的构件质量非常大,这给吊装作业增加了很大的困难,施工人员必须选择应用大型起重设备,才能够达到吊装要求,但是吊装安全却难以有效的控制;再次,本工程所应用的构件明显的特征就是大跨度、质量大、吊装位置不宽敞等,构件组装完成之后,还需要很多工序,比如旋转、移送等,为此,确定吊装机械的吊点位置异常重要;最后,因为该工程的地基质量不高,施工人员需要回填压实,以便能够满足地基承载力的要求,保证吊装作业顺利完成。

2大跨度超重管廊桁架安装技术

2.1组合平台搭设

首先,搭设之前,既要对地质条件进行充分的考察,也要考虑到吊装作业环节是否安全,依据本工程的特点,施工人员将组装平台搭设在支架边上,这样既不会影响行车站位,也不会影响吊装作业半径;其次,在搭设之前,施工人员还需要对地基承载能力进行必要的检查,尤其是地基地质情况比较恶劣的地区,比如软基,施工人员必须要进行回填压实,这样才能够最大程度的保证地基稳定,不会导致构件变形;最后,H型钢应该进行水平方面的铺设,另外,单片构件的安装与施工,必须考虑到接缝操作,同时控制表面标高,可以借助水准仪来进行测量,应用支垫来调整标高,误差要控制在1 cm之内。

2.2桁架组装

首先,本工程中施工人员应用分层分片的方式来进行桁架组装,组装顺序为:下玄、立柱、上玄、斜支撑;其次,组装人员要对外型尺寸进行严格的控制,确保偏差在指定的范围之内,尤其是管廊尺寸必须一一确定,按照本工程要求,上下玄结构全长不能超过25 mm;再次,交线测量工作应该安排在上下玄单片构件组装之后,测量偏差必须保持在5 mm之内,这样才能保证后续组装构件的精度达到要求;最后,对拱度进行控制。

依据工程规范要求,桁架拱度要小于L/500,构件组装过程中,可以通过外力顶压方法,与测量仪器进行必要的检测,这样能最大程度的保证桁架拱度达标,另外,由于构件自身的重量对拱度也有比较大的影响,因此在拱度控制过程中,施工人员必须考虑到这个因素。

2.3焊接控制

首先,焊接人员一定要有相关的证件,不允许出现无证施焊,也不能出现超焊位焊接;其次,焊接材料必须达到标准要求,正是应用的时候,必须对焊材包装进行详细的检查,如果焊材包装已经破损,要立即更换焊接材料,如果焊丝被雨打湿,也要及时的更换,焊条要预先烘烤;再次,焊接过程中所使用的二氧化碳气体要有相应的合格证件,二氧化碳纯度应该超过99.7%,而氧气的纯度则应该小于0.1%。施工之前,施工人员要将气瓶倒置24 h,之后再进行放水,一直到干冰出现才能够停止;最后,焊缝坡口检查与清理:按设计图纸要求对焊缝坡口进行检查,检查重点是坡口大小及表面质量。

2.4吊装控制

2.4.1方案制定

考虑到通廊较长、单重较大,现场地基条件受限等客观因素,若采用常规单机吊装方案,在吊装设备选型上无疑要考虑大型吊机,同时还需考虑吊机站位及作业半径对场地的要求以及吊机台班本身费用高等因素,施工成本将会显著上升。经现场施工技术人员实地勘察,认真进行方案比选,核算吊机费效比,制定了桁架现场单机起吊转向移送后,对岸双机抬吊的技术方案。

2.4.2设备选型及吊点设置

为确保吊装安全,充分考虑桁架吊装转向、移送、抬吊等不同作业特点,设置了合理的吊点位置,确保吊装过程构件重量分配合理,吊装作业安全平稳。吊装设备选型时,经查阅起重机相关技术参数,选择300 t和240 t液压汽车吊配合施工;钢丝绳安全性能经验算,选用了Φ52 mm、6×37+1纤维5根18 m吊装钢丝绳。

2.4.3吊装作业控制

地基处理:因现场为回填地基,承载力明显不足,为确保吊装作业安全,对吊车站位位置进行了砂石回填处理。300 t吊机站位处在老土上,不需换填,本次换填主要是针对对岸240 t吊机位置,换填深度1米以上,下部为砂加碎石层,表面为矿渣层,经专用机具充分压实后,采用灌砂法进行了压实试验,实际压实度达93%以上,满足吊装安全技术要求。吊装作业前,先铺设好路基板,方可正式吊装作业。

吊装准备:吊机到位后,应仔细检查设备性能及安全装置是否完好,吊装用钢丝绳是否存在断丝或其它损伤;每个吊点选用一根钢丝绳兜吊,钢丝绳与型钢边缘接触部位加垫管皮防护;作业前对现场操作人员进行详细的安全技术交底,并做好现场安全维护和监控工作。

桁架起吊转向移送:现场桁架组焊完成后,先利用300t汽车吊中间吊点1位起吊,将桁架整体吊起转向90度,水平移送6米至对岸平放,以便进行下一步的抬吊工作。如一次移送未能达到240 t吊机理想抬吊位置,可调整300 t吊机吊点至2位,重新挂设钢丝绳,对岸240 t吊机吊点设置在端部5位,采用双机抬吊方式进行进一步移送,直至240 t吊机预定吊点位置,然后平放至地面。

2.5双机抬吊就位

桁架移送到位放置平稳后,300 t吊机调整吊点至3位,240 t吊机调整吊点至4位,采用双机抬吊方式,将桁架吊装至安装支架上准确就位。双机抬吊过程中,要求做到统一指挥,两台吊机起吊移送动作保持一致,确保吊装安全。

3结语

综上所述,对大跨度超重管廊桁架安装施工技术进行研究十分必要,因为建筑工程施工中可能需要对超重管廊桁架进行安装,但是由于多方面的因素,桁架安装十分困难,而且安全性还无法保证,而本文谈及的施工技术,定会为施工人员提供一定的帮助。

参考文献

[1]金平,张景新,付水平,等.狭小施工环境下超大构件吊装技术[A].第四届全国钢结构工程技术交流会论文集[C],2012.

[2]高标,徐昆,朱庆东,等.大型储煤三角形立体管桁架结构地震作用下稳定性能研究[J].武汉大学学报(工学版),2010,(S1).

大跨度管桁架论文篇2

【关键词】平行弦桁架；房屋建筑；钢筋混凝土

1、前言

在现在的房屋建筑工程结构以及施工当中，对于以前使用次数非常多的木制受力构件，现在使用的次数变得非常少了，但是在很多特殊的情况下，如果我们把木结构使用好，在施工当中可以恰当地解决很多的难题，还会带来非常好的经济效益，在实际的工程当中，我们就得到了很好地验证，尤其是在房屋建筑当中进行施工，接下来我们就开始介绍实际的施工状况[1]。

2、房屋建筑中屋面现梁板砼桁架支模方案的产生条件

该房屋屋面长25.8米，宽21.24米，房屋的建筑面积是279.63平方米，一共有两2台1.6千瓦的发电机进行组成的，必须要等到屋里面的梁板进行施工完以后，才可以进行下一步的安装施工，这个时候屋里面的面板下皮到地面的高度一共是18米，这样的高度就等于一个六层楼的高度，而地面上有一个深为3米的水坑，假如按照正常的支模方法进行一系列的施工，而支模的立柱拉板一定是要达到七十多立方米的木材，对于支模这项工作来说，其进度进行的非常慢，而且还浪费了大量的时间和劳动力，来回对木材进行运输还浪费了大量的资金，成本非常大，二支模的时候还应该进行一系列的排水措施，还必须搭设一个脚手架，这项工作是施工当中最难的地方。在这样的情况之下，我们可以对建筑工地主要的房间对其构造进行详细地研究，运用了平行弦钢木朽架支模的方法对屋面梁板进行施工，这样就可以很多地减少了正常的支模施工每一种漏洞，各种各样的缺点，所以说，这样的方法是一个最好的方案。

3、设计桁架

3.1桁架的平面布置以及各种尺寸的确定

对于建筑的房屋来说，一共有四个主梁截面都是为900mm×400mm，对荷载非常大梁下应该设计两支桁架，而对于主梁之间的桁架来说，这类的间距应该根据1.0到1.2米进行详细设置，其桁架的平面布置如图1所示，对于桁架来说，应该选择一个平行弦钢木彬架，应该选择一个木制的压杆，而对于拉杆来说应该使用一个钢筋，充分利用各种材料不同的特点，进而可以去减轻桁架本身的重量。其中桁架的跨度就相当于一个吊车梁的跨度，也就是9米，而按照规范上的说明，桁架的高度必须大于其跨度的六分之一，也就是说9米的六分之一就等于了1.5米，而桁架的高度基本上可以取1.6米[2]。主梁之间的桁架上是次梁及其板，假如说荷载是直接作用在节点上面，而上弦杆是轴压杆，这样就能更好地减少上弦杆内力，也就是可以更好地减小桁架的断面，具体尺寸和支模方法见图（图2，图3所示）。

3.2桁架计算

对于桁架的荷载有没有取到一个正确的数值而言，这个数值在很大的程度上可以说明桁架内力计算是否正确，桁架荷载取值一定要正确地进行分析受力情况，还应该结合砼工程的施工验收规范上面一系列的规定，还应该结合施工荷载，并且要合理地进行组合。我们可以举一个例子，拿主梁之间的桁架作为其中的例子来说，对上弦杆的10×10落叶松木方进行详细地计算，而对于腹杆内力来说，一定要小于上弦杆，通常都会选择10×10的木方；作为下弦杆来说，一定要用二根钢筋，结合一系列的规范，并且结合很多不均匀系数以后取为0.85，选2个直接为16mm的钢筋。Q235a的工字钢桁架可以如图4所示：选择的材料f为17兆帕，选择不同的α角数值，进而可以对桁架的材料用量进行详细地计算，然后对每一种方案进行比较。

对表1的数据进行详细地分析，可以得出来以下的2点结论：

（1）角度在30°≤α≤60°之间的，而α=40°的时候，所选用的桁架材料是最少的，这样就可以说明这个桁架腹杆倾角的最优值是α为40°。

（2）分析表1，可以看到对此例而言在区间38°≤α≤45°范围内，桁架所用的材料量体积对于α角的变化没有太大的变化，和最优解之间最大的相对误差一般都必须小于百分之一，所以必须将这个区间的倾角的最优值找到。而在建筑工程设计当中，对于α角来说，随便在这个区间取一个数，都可以实现目标[1]。

4、桁架使用的措施以及要求

如果桁架的节点强度没有达到足够的强度时，在每一个环节都可以找到加强的方法，即使这些方法对外观有一些影响，综合考虑还是可以接受的。

5、桁架结构应用

该市轨道交通二、八号线延长线某盾构工程中间风井长×宽为33.6m×22.8m。基坑开挖最深为33.970米，主体结构为地下明挖5层双柱3跨结构，采用明挖逆作法施工。施工期间利用主体结构各层框架梁及临时型钢立柱作为围护结构支撑体系。中间风井两端预留盾构始发和吊出孑L，盾构施工完后，施工各层板、梁以及风亭。结构侧墙厚度为800mm.采用C30抗渗混凝土。中间风井施工按照结构分层自上而下逐层施工，每一层施工顺序为：土方开挖→施做牛腿→防水层施工→混凝土支撑梁施工→侧墙施工。由于工程场地狭窄。采取排桩直壁护坡的土方开挖方法，中间风井主体结构侧墙只可作单面支模。侧墙最大浇筑高度为4.5m。怎么样保证侧墙模板支撑体系的刚度、强度也是这样的工程模板施工重点及其难点。在钢桁架施工之前，结合计算出来的数值进而确定锚固的长度，因为本中间风井作为工作井进行使用，而在井口的施工过程当中一般都是露天状态，为了保证钢桁架可以承载足够的混凝土侧压力，我们在施工的过程当中必须要采取以下几点措施：（1）在混凝土浇注之前，一定要在钢桁架上面安装一些铅垂线，而且还要在钢桁架上腰梁进行上标记桁架的初始位置。而在混凝土浇注的过程当中，可以通过铅垂线进行检查各个地方的变形情况，进而可以知道侧墙的模板体系实际的变形情况。（2）为了可以确保侧墙顶部的混凝土浇筑密实。一定要增加一些浇筑的斜口。与此同时，还应该在施工缝的位置安装很多的备用注浆管，这样就可以更好地弥补施工缝当中的混凝土不密实的缺点。（3）一定要把钢桁架和拉杆焊接的部位进行全面地详细地检查，这样就可以保证节点直接连接可靠。（4）在桁架安装之前，一定要拉线对每一个结构进行检查，看符不符合设计的要求，对于那些突出或者是凹陷的混凝土位置一定要进行处理。（5）混凝土浇筑过程中，控制浇筑速度不大于2m/h，确保混凝土侧压力不超过计算最大压力。结合以上的措施，在施工的过程当中一定要安全、稳定。确保了中间风井结构可以高效地进行施工。

6、结束语

综上所述，从以上可以看出来，如果特殊的施工条件下恰当地运用桁架支模进行施工，这样可以节省开支，大大地节约了成本，还可以缩小工期，尤其是在房屋的建筑当中有一个非常好的优越性。

参考文献

[1]郝进锋，陈丽娟，赵文艳.钢筋混凝土设计中桁架模型的应用[J].四川建筑科学研究，2012（04）：21～23.

大跨度管桁架论文篇3

关键词：空间结构,钢管桁架结构,屋盖结构,计算分析

前言

空间钢管桁架结构体系是大跨空间结构中的一个重要成员。郑州大学新校区体育馆由三组环向桁架、三组径向桁架和三组撑杆为主要构件组成, 外环、外部径向桁架与中环构成结构的主要受力骨架, 通过封闭外环的设计, 使其形成一个受拉的环箍, 限制了外部径向桁架滑动支座端的径向位移, 从而减小了整个结构的竖向挠度, 在此满足规范要求的同时, 使结构用钢量达到最佳经济指标。该屋盖平面的水平投影为轴对称的花瓣形, 在半径约7m和15m及外围处设置三道封闭的环桁架, 沿径向设置24道空间桁架, 并以环桁架为分界沿圆周方向错开布置, 径向桁架被划分为外、中、内三部分。整个结构外观简洁, 轻逸, 受力合理, 传力直观, 整体性能好。对它进行探索有助于了解结构性能, 指导设计施工, 并为类似结构的应用提供依据。

1 管桁架结构概述

近年来, 钢管结构不仅在海洋工程、桥梁工程中得到了广泛应用, 而且在工业及民用建筑中的应用日益广泛, 钢管结构在我国建筑结构中的应用也越来越多, 如宝钢三期工程中采用方管桁架, 吉林滑冰练习馆、哈尔滨冰雪展览馆、上海“东方明珠”电视塔和长春南岭万人体育馆均采用方钢管作为主要结构构件, 广州体育馆屋盖采用了方钢管和圆钢管, 上海虹口体育场采用圆钢管作为屋面承力体系, 成都双流机场屋盖采用了圆钢管作为主要受力构件。在公共建筑领域, 钢管结构中独特的结构形式层出不穷, 如悉尼水上运动中心, 美国迦登格罗芙水晶教堂;单层大空间建筑领域, 除了在超级市场、货栈和仓库中继续广泛应用外, 还出现了一些超大型结构, 如新加坡章楦机场机库, 大阪国际机场候机厅;另外还有轻型大跨结构, 如人行天桥和起重机结构;其他特殊用途的结构, 如天线桅杆和航天发射架等。2001年建成的建筑面积7250的北京植物园展览温室是国内首次采用相贯节点的曲线钢管桁架结构。钢结构用材为16Mn, 钢管最大规格为299mmx12mm, 钢结构总吨位720t。上海体育馆的膜结构屋盖主要由钢管相贯而成的32榀桁架、环梁组成, 呈南北对称的马鞍形状, 最大跨度288.4m, 标高31.74-70.54m, 主桁架最大钢管直径508mm, 采用直接焊接K型节点。最长的悬挑梁74.162m, 材料采用英钢50D。南京国际展览中心的二层展厅是一个长243m、宽75m的无柱大空间, 屋面呈弧形, 南北两端主入口各有15m悬挑, 西侧又有14m悬挑。采用的是钢管拱架、檩架的结构方案。

2 钢管桁架结构的形式及特点

2.1 管桁架的分类:

根据受力特性和杆件布置不同, 可分为平面管桁结构和空间管桁结构。平面管桁结构的上弦、下弦和腹杆都在同一平面内, 结构平面外刚度较差, 一般需要通过侧向支撑保证结构的侧向稳定。在现有管桁结构的工程中, 多采用Warren桁架和Pratt桁架形式, Warren桁架一般是最经济的布置, 与Pratt桁架相比Warren桁架只有它一半数量的腹杆与节点, 且腹杆下料长度统一, 这样可极大地节约材料与加工工时。Vierendeel桁架主要应用于建筑功能或使用功能不容许布置支撑斜杆时的情况.

空间管桁结构通常为三角形截面, 与平面管桁结构相比, 它能够具有大的跨度, 且三角形桁架稳定性好, 扭转刚度大且外表美观。在不布置或不能布置面外支撑的场合, 三角形桁架可提供较大跨度空间。一组三角形桁架类似于一榀空间刚架结构, 且更为经济。可以减少侧向支撑构件, 提高了侧向稳定性和扭转刚度。对于小跨度结构, 可以不布置侧向支撑。

2.2 连接件的截面形式常用的杆件截面形

式为圆形、矩形、方形等, 按连接构件的不同截面可分为以下几种桁架形式:

C-C型桁架:即弦杆和腹杆均为圆管相贯的桁架结构;

R-R型桁架:即弦杆和腹杆均为方钢管或矩形管相贯的桁架结构;

R-C型桁架:即矩形截面弦杆与圆形截面腹杆直接相贯焊接的桁架结构。

2.3 桁架的外形

从桁架外形 (即从弦杆类型来分) 方面可分为:直线型与曲线型管桁结构。随着社会对美学要求的不断提高, 为了满足空间造型的多样性, 管桁结构多做成各种曲线形状, 丰富结构的立体效果。当设计曲线型管桁结构时, 有时为了降低加工成本, 杆件仍然加工成直杆, 由折线近似代替曲线。如果要求较高, 可以采用弯管机将钢管弯成曲管, 这样建筑效果更好。

2.4 管桁架的优点

钢管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、上海科技城、首都机场新航站楼、广州新白云及长航站楼、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、南京奥林匹克体育场、江苏省南通市体育会展中心等大型工程中均采用了钢管结构。工程实际表明, 钢管结构既可以很好地满足建筑要求, 又能够使结构达到安全、适用、经济等性能指标, 符合钢结构的最新设计观念。

钢管截面具有一系列独特的优越性能, 主要有以下几个方面:

(1) 圆管和方管的管壁一般较薄, 截面回转半径较大, 故抗压和抗扭性能好。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。在许多场合下, 建筑师也愿意利用钢管外观简洁的特点表达其建筑意图。

(2) 在截面积相同的型钢中, 钢管外表面积最小, 这就使得钢管与大气的接触面积最小, 加之钢管往往会两端封闭, 内部不会生锈, 这就大大减少了防腐防火涂层的材料消耗和涂装工作量。而且钢管结构较易于清刷、油漆, 故维护更为方便。

(3) 钢管截面的流体动力特性好。承受风力或水流等荷载作用时, 荷载对钢管结构的作用效应比其它截面形式结构的效应要低得多。

(4) 钢管加工便利。随着多维数控切割技术的发展, 钢管的相贯线切割已经不再是难题, 国内许多钢结构加工厂家已经掌握了这项技术。

虽然就材料单价而言, 钢管价格高于普通开口截面形式的型钢, 但上述优点综合起来, 钢管结构在众多结构形式中仍然是优先选用的基本结构形式之一。

结语:利用空间钢管桁架作为屋盖结构具有很多优点, 不仅满足了本体育馆大跨度的要求, 而且作为一种结构体系, 它符合了大跨空间结构的发展需要, 营造了美学与力学的完美结合的设计理念。此类结构形式得到了广泛的工程实践应用, 具有强劲的发展势头。

参考文献

[1]龚云平.通用设计表达式中荷载与抗力分项系数的研究[D].西安建筑科技大学.2006年.

[2]顾建飞.预应力门式刚架的受力性能研究[D].浙江大学.2006年.

[3]蔡文琦.索膜结构的形态分析设计及静力性能研究[D].浙江大学.2006年.

[4]陈志平.大型非锚固储油罐应力分析与抗震研究[D].浙江大学.2006年.

[5]张磊.考虑横向正应力影响的薄壁构件稳定理论及其应用[D].浙江大学.2005年.

[6]方江生.复杂大跨度屋盖结构的风荷载特性及抗风设计研究[D].同济大学.2007年.

[7]刘锡良.我国网架结构的应用与发展[N].建筑时报.2007年.

[8]屈桂林.奥运“道”场里的科技之光[N].中华建筑报.2007年.

大跨度管桁架论文篇4

1.1 铸钢节点的常用结构形式

铸钢节点的常用结构形式有树形铸钢节点、铰接铸钢节点及混合形铸钢节点等。树形铸钢节点如图1所示, 用来取代主管与多根支管相贯的节点, 使对接焊缝取代相贯焊缝, 焊缝分散、减少了焊接应力集中。铰接铸钢节点如图2所示, 常用于杆件端部连接处 (如支座处等) , 可简化节点, 其造型美观。混合形铸钢节点如图3所示, 具有树形铸钢节点和铰接铸钢节点的共同特点。在南京奥运体育中心项目中还设计了铸钢球节点。

1.2 铸钢节点的特点

铸钢节点与普通管相贯节点、管板节点相比, 具有以下特点:可根据实际需要设计, 可塑性强、造型美观;铸钢节点一般为实心, 仅在接口处局部挖空, 即使全为空心, 也比钢管或钢板厚。因此承载力高、抗变形能力强;铸钢节点常以对接焊缝取代管管相贯焊缝、取消管板组合焊缝, 可分散焊缝、减少焊接量, 减小焊接应力集中;匀质性相对较差。

2 建筑结构用铸钢节点在国内广泛推广需要解决的几个问题

由于结构用铸钢件应用于大型民用建筑钢结构中的重要节点刚刚起步, 铸钢节点在国内广泛推广应用迫切需要解决的主要问题如下。

2.1 铸钢件标准

国内现行铸钢标准《焊接结构用碳素钢铸件》 (GB7659-87) 是80年代编制的, 材料的S、P含量控制较宽松 (≤0.04%) , 对材料的碳当量没有限制。对于铸钢件的尺寸公差、铸件的表面质量也要求较低。材料的冲击值较低。根据该标准生产的铸件远不能满足大跨度焊接结构用铸钢件的需要。因此, 国内迫切需要一套适用于大跨度管桁架焊接结构用铸钢件的标准。目前大跨度管桁架焊接结构用铸钢件主要是引用国外标准。

2.2 铸钢件生产

由于我国现行铸钢标准要求不高, 许多铸造厂生产设备简陋, 难以满足大跨度焊接结构用铸钢件交付技术条件要求。在苏州体育场、上海新国际博览中心、深圳游泳跳水馆等工程的铸钢件生产中, 均出现过因铸钢件质量问题而返工的现象, 成本大大增加。另外, 现有铸造厂冶炼炉的容积较小 (普遍为5t) , 不能满足单件重量较大铸件的需要。为了保证质量、降低成本、提高生产能力、满足工程需要, 铸钢件的生产厂应进行技术改造, 包括从制模、冶炼、热处理直至检验的全过程的改造。

2.3 铸钢件无损检测

超声波探伤是检验钢材内部质量最方便、经济、有效的检测手段。在钢结构行业, 超声波探伤是最常用的一种检测方法。现行国标《铸钢件超声探伤及质量评级方法》 (GB7233-87) 仅适用于厚度大于等于30mm的铸钢件。事实上, 大跨度焊接结构用铸钢件厚度是变化的, 在焊接接口处常常较薄, 厚度小于30mm也很常见, 该部位是十分重要的, 但按国标则无法检测。

2.4 铸钢件焊接及焊缝无损检测

现行的有关钢结构焊接的国家及行业标准中 (包括最新发布执行的《建筑钢结构焊接技术规程》 (JGJ81-2002) ) , 没有针对铸钢件焊接的有关规定。在参照执行标准时有争议。例如:现行的钢材焊接工艺评定标准均要求进行冷弯试验, 但所有铸钢标准对铸钢件并无冷弯性能要求。那么, 进行铸钢件焊接工艺评定时是否应进行冷弯试验呢?另外, 目前铸钢件焊接主要采用手工电弧焊, 其他焊接方法应用于铸钢件还有待于进一步实践。

由于铸钢件组织不均匀、晶粒粗大、透声性差、衰减严重, 焊缝超声波探伤的评审困难, 焊缝检测现也无相应标准可循。

3 铸钢节点质量控制

虽然铸钢节点在国内广泛推广还需解决一系列问题, 但设计师们正不断采用该结构形式。铸钢节点已成功应用于多个大型民用标志性建筑工程, 如上海新国际博览中心、深圳游泳跳水馆、哈尔滨国际会展体育中心展览馆等钢结构工程。图4为上海新国际博览中心工程中铸钢节点工程实例。通过实践, 施工单位应从设计、铸造、焊接、检验等几个方面严格控制铸钢节点质量。

3.1 节点的细部设计

铸钢节点的细部设计在满足承载能力的同时, 应考虑满足铸造、制作及焊接工艺要求。

铸钢件细部设计应避免尖角或直角, 且有利于气体排出。

铸钢件焊接应采用对接焊缝, 尽量避免T型接头, 以降低焊接应力。

明确铸钢件的化学成份、机械性能、热处理制度、精度要求、检验方法和合格等级等。

3.2 铸造

大跨度管桁架结构用铸钢件与其他铸钢件相比, 结构形式复杂、化学成份控制严、质量要求高、铸造难度大。应自管理入手, 从原材料控制、铸造工艺、铸模精度控制、热处理、化学分析、力学性能试验及检验等几个方面严把质量关。

铸造大跨度管桁架结构铸钢节点用的钢水应采用杂质含量低的优质钢水, 尤其是S、P等的含量, 确保铸件的化学成份、力学性能及焊接性。

铸造工艺直接影响铸件的内部质量及表面质量。应根据铸件结构形式、技术要求制定切实可行、满足设计要求的铸造工艺。

大部分结构用铸钢件由于结构复杂, 对铸件加工精度要求高, 且表面不能机加工。铸模加工精度及表面质量决定铸钢件尺寸及表面质量, 因此, 必须严格控制铸模精度。

由于铸态组织晶粒粗大, 力学性能差, 不能满足结构使用要求, 必须进行热处理。常用的热处理方法有退火、正火和调质。热处理前应根据铸钢件尺寸、结构形式及热处理炉的具体情况制定严格的热处理工艺, 包括铸件在炉内的堆放, 以确保炉内温度均匀。热处理炉应有自动控温装置, 保证热处理质量。

控制铸钢件质量的最后关键环节是出厂前的检验, 包括化学分析、力学性能、外观检查和无损检测。对于不合格产品应禁止出厂, 交付使用。化学分析应按熔炼炉进行检验、力学性能应按热处理炉进行检验。力学性能试件可采取单铸或附铸试件任一形式。在条件允许的情况下, 应尽可能采用附铸试件。

3.3 铸钢节点焊接及焊接检验

3.3.1 焊接工艺评定

铸钢节点焊前首先要进行焊接工艺评定。可参照《建筑钢结构焊接技术规程》 (JGJ81-2002) 或《钢制压力容器焊接工艺评定》 (JB4708-2000) 进行。弯曲试验是否可免做, 应征得设计或监理的同意。

3.3.2 焊接方案及实施

焊接工艺评定合格后, 应根据评定结果及结构形式编制详细的焊接方案, 以指导施工。焊工正式焊接铸钢件前, 应进行焊前模拟考试, 并接受安全、技术交底。

铸钢节点焊接除应做好焊材烘烤、坡口清理、逐层清渣等常规焊前准备、焊接过程质量控制工作之外, 还应重点考虑以下几个方面的工作。

预热及层间温度。由于铸钢节点大部份较厚, 工艺要求进行预热。但铸钢件形状不规则, 厚度也不均匀, 给预热带来很大难度。为了避免焊缝产生冷裂纹, 必须采取有效预热措施, 确保达到预热温度且温度均匀。焊接应连续进行, 保证层间温度不低于预热温度。

焊缝返修。在施工过程中, 由于大多数铸钢件焊缝为全位置单面对接焊缝, 焊接难度大, 出现焊缝需返修是正常的。但铸钢件刚性大, 返修会使局部应力增加, 返修还可能降低调质态铸钢的强度, 因此应采取切实有效措施降低返修率, 避免二次返修。

4 结语

近年来, 随着科学技术的发展, 钢结构技术得到突飞猛进的发展。北京申奥和上海申博的成功使大跨度管桁架结构应用前景更加广阔, 大跨度焊接结构用铸钢节点愈来愈受到人们的重视。虽然在应用中存在这样那样的问题, 但我们相信, 随着对铸钢节点研究、应用的深入, 这些问题必然会逐步得到解决, 大跨度焊接结构用铸钢件的理论及应用技术将日益完善。

摘要：近几年来, 大跨度空间管桁架钢结构因其含钢量低、造型独特优美、施工周期短等优点已广泛应用于会展中心、体育场、飞机场等大型民用标志性建筑。铸钢节点则因其特有的性能, 在国外已广泛应用于大跨度空间管桁架钢结构中的重要节点, 国内也在逐步推建筑中均应用到了铸钢节点。在这些工程中, 我们取得了一些铸钢节点设计、铸造、焊接的经验。铸钢节点一般应用于荷载较大、受力复杂的关键部位, 其可靠性直接关系到整个结构的安全, 十分重要。

关键词：铸钢,节点,建筑,钢管

参考文献

大跨度管桁架论文篇5

中央站房由五个主拱作为支撑, 截面为椭圆变截面钢管, 单拱最大跨度116m, 最大拱顶中心标高为58.157m, 拱上有树枝状V型锥管支撑, 用于支撑纵横管桁架形成的屋盖结构。屋盖投影面积为307.813m×184.00m, 纵横桁架将屋盖结构划分为58×33个单元网格, 横轨桁架为空间双曲双拱结构, 顺轨桁架为平面桁架, 横轨桁架为屋盖结构的主受力构件。

2. 总体方案选择

武汉站建筑造型、结构形式以及现场施工环境, 采用“大型滑移胎架”进行施工, 即在结构原位下方分区搭设大型滑移胎架支撑体系, 结构部件吊至高空组对安装, 结构单元片区形成整体稳定后, 胎架滑移至下一区间施工。

本项目在施工前还针对大跨度钢结构其它常见施工方案进行了思考, 但都局限于武汉站的特点而不适合。

2.1 原位胎架施工法

针对一些工期相对轻松的工程, 原位胎架 (原位满堂脚手架或胎架) 具有施工安全、方便定位等优点, 但本工程施工工期十分紧张, 原位设置脚手架, 其安拆时间过长, 将极大的影响后续土建施工。

2.2 提升施工法

对于规整的单层、支撑简洁的多层平面结构, 比较适合采用提升法施工。

就本工程而言, 结构刚度相对较弱, 提升点的布设困难;支撑体系复杂, 高空对接就位质量难以保证;提升施工不可预见风险较大。

3. 吊装单元的划分与选择

选定了胎架滑移施工整体安装方案, 吊装单元的划分与选择方式又将成为研究的重点, 其对施工质量与进度影响重大, 针对桥建合一武汉站的特点, 共有三种单元划分形式:散件 (相贯杆件) 高空拼装;大单元地面拼装整体吊装;散件与片状结合施工。

3.1 散件 (相贯杆件) 高空拼装

主要施工方法:桁架所有杆件在工厂下料, 高空直接组对相贯口及所有节点板。

方案优点:相对减少工厂及地面拼装工作量, 降低了构件运输要求;杆件直接焊接, 相对减少了现场对接接头。

方案缺点:单节点相贯杆件数量较多且重叠相贯, 另有多板穿插其中, 组对、施焊时须先后进行, 部分焊缝在高空无法施工焊, 质量难以保证;现场施工工作量增大 (112300个相贯口、11500块穿心节点板、9870个非穿心节点板、34300块加劲板) , 工期难以保证;现场安装测量定位困难, 施工质量难以保证, 不可控因素多;节点焊接量大且集中, 焊接变形大, 容易形成较大的焊接残余应力, 对结构整体受力不利。

3.2 大单元地面拼装整体吊装

主施工方法:将2—3桁架在拼装场地进行整体拼装后, 采用大吨位吊装设备吊装就位。

方案优点:结构整体性相对较好;减少高空焊接工作量。

方案缺点:现场施工场地狭小, 无法提供拼装作业面, 只能进行场外拼装, 但限于道路及桥梁施工影响很难运输;两片结构体积通常达18.75m×8m×7.5m, 单块整体刚度较差, 吊装运输时容易造成结构永久性损坏。

3.3 散件与片状结合施工

主要施工方法:根据现场运输道路及塔吊起重能力将桁架分成部件 (高度大的分上下弦及腹杆, 其它的整片分段) 高空进行吊装。

方案优点:不受拼装进度的影响, 可多点位展开施工;合适的构件大小 (构件体积18m×3m×2m) , 能充分高效的发挥常用运输和吊装机械的能力;将整个工程的工作量合理地分配给加工厂和现场安装, 更充分的发挥了各自的优势;将复杂节点 (多管相贯和多板贯穿杆件以及加劲板的焊接) 的焊接放在了加工条件更好的工厂施工, 更好的保证了工程质量。

方案缺点:相对增加了现场对接接头;变形需严加控制。

综上, 三种吊装单元的划分均有其优势及缺点, 根据武汉站钢结构的特点, 选择“散件与片状结合施工”。

4. 具体的分段原则

4.1 桁架高度不大于2.5m

4.2 桁架高度大于2.5m

5. 结论

大跨度拱形钢结构桁架设计探讨篇6

关键词：大跨度,拱形,钢结构,桁架,设计,地面拼装,空中拼装,分析

某大跨度拱形钢结构立体管桁架设计工程是某地区的体育中心工程项目, 该项目是一个综合性的室内体育馆建筑工程项目, 施工建设的总面积约为14000多平方米, 在进行该工程项目的施工建设中, 工程的屋盖部分采用钢结构形式进行设计施工建设, 工程屋盖钢结构形式主要是由24榀的大跨度变截面拱形立体管桁架壳体通过平行穿插方式构成的, 如下图1所示, 为该工程项目的屋盖整体结构形式示意图。

在进行该工程项目的屋盖结构部分设计与施工中, 屋盖结构体系的总长度设计约为167米, 屋盖部分施工的总用钢量约为870吨。在该工程项目的屋盖结构部分中, 屋盖结构体系中的壳体结构主要是由一些倒三角形的横向梭性管桁架以及纵向的方管檩条, 在孔径大小为36的圆钢拉索共同作用下构成的壳体结构形式, 在该壳体结构形式中, 将桁架底座设置为与45度角的斜面混凝土支墩进行铰接, 以保证该工程屋盖结构部分的应力平衡, 保证结构的设计与施工质量。此外, 在该工程项目的大跨度拱形钢结构屋盖体系设计中, 为方便对于该部分的施工建设, 将工程项目中的整个屋盖结构体系按照功能不同划分设计为四个结构区域, 即A、B、C和D, 其中, 屋盖结构体系中A区域为7榀桁架区域, 该结构区域跨度大小总共设置为73米, 该结构区域的拱形高度约设置为21米, 施工建设中使用的单榀桁架重量约为37吨;而在该工程项目屋盖结构体系的B区域部分, 主要为10榀桁架区域, 总跨度设计约为66米, 拱形结构高度约设置为20米, 单榀桁架重量约为24吨;C区域为7榀桁架区, 该区域的总跨度约为62米, 拱形高度约为16米, 单榀桁架重量约设计为23吨;最后, 在该工程项目屋盖结构体系的D区域中, 主要设计为1榀桁架区, 总跨度约为39米, 拱形高度约为10米, 单榀桁架重量约为21吨。在该工程项目的大跨度拱形钢结构桁架屋盖体系施工建设中, 每榀桁架中使用的主弦管以及腹管、支管等立体管, 均是采用不同直径的等厚度低合金高强度结构无缝钢管进行设计构成, 在进行该工程项目屋盖体系桁架的连接设计中, 以全焊接连接结构为主。下文将结合该工程项目中的大跨度拱形钢结构桁架的整体施工与设计特点, 对于大跨度拱形钢结构桁架的结构形式与施工方案等进行设计分析。

1大跨度拱形钢结构桁架屋盖的结构设计

如图1所示, 为上述项目工程中屋盖体系的结构示意图。在进行该工程项目的屋盖结构部分设计中, 该工程项目主要采用大跨度拱形钢结构桁架结构形式, 进行设计实现。下文主要从该结构形式的设计依据与大跨度拱形钢结构桁架设计过程中应力计算等, 对于该工程屋盖结构形式的设计进行分析论述。

1.1设计依据

在进行上述工程项目中的屋盖结构设计中, 屋盖结构需要的钢管以及进行屋盖结构的应力荷载设计时, 应力荷载计算都依据相关计算要求与规范标准进行计算设计。此外, 在进行该屋盖结构的设计中, 还结合屋盖结构工程项目所在地区的地震作用与环境情况等, 并依据《钢结构设计规范》与《混凝土结构设计规范》的相关要求与规范标准进行设计。其次, 在进行该工程项目的屋盖结构设计时, 还应用了专门的计算机结构设计应用软件以及钢结构强度与整体稳定性分析与校核软件、结构体型系数模拟分析软件等, 在对于屋盖体系的结构作用参数设置情况下, 通过对于结构体型系数的模拟分析, 实现对于大跨度拱形钢结构桁架屋盖结构的设计实现。

1.2大跨度拱形钢结构桁架屋盖结构的设计分析

在进行上述工程项目的屋盖结构形式设计中, 首先是对于工程项目中的屋盖结构形式进行选择确定。在上述工程项目施工建设与设计中, 由于该项目是一座综合性的室内体育馆建筑项目, 在进行该项目的施工设计中, 不仅对于建筑形式的要求比较高, 特殊性较强, 并且对于建筑项目的室内空间需求比较大, 结合项目工程的这些施工设计要求与特点, 在进行施工设计过程中, 为了满足工程项目的大空间需求, 同时保证建筑屋盖结构部分的应力荷载与质量等, 专门采用了大跨度拱形钢结构桁架进行该体育馆建筑屋盖部分的设计应用, 如上图1所示, 即为该体育馆建筑的屋盖结构示意图。

在进行该屋盖结构形式的设计过程中, 由于屋盖结构的跨度比较大, 最长跨度达到70多米, 因此, 为了保证该跨度范围下屋盖结构的荷载强度与质量, 专门采用钢桁架结构形式进行屋盖结构的施工设计, 并且钢桁架结构中, 每榀桁架的主弦管以及腹管、支管等, 都采用的是不同直径但是统一厚度的低合金高强度结构无缝钢管, 作为钢桁架结构材料, 并且进行钢桁架结构的连接中统一采用全焊接结构进行焊接实现, 以保证该建筑屋盖的结构质量。其次, 在进行上述大跨度拱形钢结构桁架屋盖结构的设计中, 除了需要从结构材料与强度等方面进行结构形式的荷载质量与强度保证外, 还需要通过对于结构的风敏感性以及风荷载情况等进行设计考虑与计算分析, 以实现对于大跨度拱形钢结构桁架形式质量的保证。

结合该体育馆工程大跨度拱形钢结构桁架屋盖结构形式的主要设计因素, 在进行该工程结构形式的最终选择与确定中, 就需要从屋盖结构的抗风能力与结构经济性两个重要方面出发, 以进行最终结构形式的确定。在经过结构抗风能力计算与结构经济性对比后, 最终确定了如上文中图1所示的大跨度拱形钢结构桁架屋盖结构形式。

2大跨度拱形钢结构桁架的吊装施工设计分析

在进行上述工程项目中的大跨度拱形钢结构桁架屋盖体系的施工建设中, 为了便于施工, 保证该工程的结构质量, 采用吊装方式进行施工建设, 通常情况下, 在进行工程建设施工中, 比较常用的吊装施工方法主要有双机抬吊施工法以及高空滑移吊装施工法、整体提升或顶升吊装施工法。而在进行上述工程项目的施工建设中, 由于施工建设工程受到施工场地的空间限制, 工程项目施工建设的一侧不能够保证大型吊机的行走施工, 因此, 在进行上述工程结构的施工建设中, 不能采用双机抬吊吊装施工方法进行施工应用;其次, 在上述工程项目的屋盖体系结构中, 由于该体系结构中的管桁架平面尺寸大小并不相同, 而且该工程结构的基础部分为混凝土支墩形式, 因此, 在进行该结构形式的吊装施工中, 应用高空滑移吊装施工方法进行施工应用, 施工难度比较大, 并且具有较大的施工局限性;最后, 由于该工程项目的屋盖结构复杂性比较高, 而且在施工建设过程中, 屋盖结构周边的支撑点比较少, 对于施工建设应用设备的要求比较高, 价格费用较多, 因此, 整体抬升或顶升吊装施工方式, 也不适合进行上述工程项目屋盖结构体系的施工建设应用。

针对上述情况, 在进行该工程项目中的大跨度拱形钢结构桁架屋盖体系施工中, 为了便于施工开展, 同时保证工程项目的屋盖结构施工质量, 在进行该工程项目屋盖体系结构施工方案选择与设计中, 在结合上述吊装施工分析的基础上, 根据高空散装与分段吊装施工, 在该工程项目屋盖结构施工中的优缺点, 采用三段式综合安装施工工艺进行该项目屋盖结构的施工应用。三段式综合安装施工工艺也就是指将屋盖体系结构中的桁架端部的两个边段, 采用地面拼装与吊装施工方式, 在地面胎架上拼装完成后, 通过使用履带吊设备将桁架两个边段安装固定后吊装到施工结构位置处, 然后对于屋盖结构桁架的中间段则在高空搭设的脚手架上, 以从两端对称向中间的方式进行高空散装, 在中部进行合龙实现。

需要注意的是在应用三段式综合施工工艺进行该工程项目屋盖结构的施工建设中, 该工艺方法具有以下的施工重难点。首先, 在进行屋盖结构桁架的高空拼装过程中, 需要对于拼装的各控制点尺寸在楼面上进行放出, 通过经纬仪引导胎架上, 来实现对于桁架在胎架上的高空拼装施工, 而在完成这一施工内容过程中, 由于进行拼装施工的桁架跨度比较大, 并且净空高, 因此进行测量控制的难度也比较大。其次, 在进行屋盖桁架的拼装施工中, 由于屋盖桁架的投影为梭形, 而桁架的横截面尺寸是一个变量, 因此, 在进行桁架拼装施工中, 上弦杆的各定位点需要从两个方向进行同时控制, 也就是对于桁架的拱形高度与侧弯度进行同时控制。最后, 在进行上述工程项目屋盖结构体系的拼装施工中, 由于屋盖桁架上弦杆成形后是两个不同半径的圆柱面相贯线, 并且在屋盖结构中, 桁架腹杆和弦杆之间又是相贯连接的, 因此, 对于桁架弦杆与腹杆相贯线切割情况的好坏, 直接对于屋盖桁架现场拼接质量好坏有着很大影响。

结语

总之, 随着施工技术的发展与设计水平不断提升, 在工程施工建设中, 大跨度拱形钢结构桁架形式的应用也会越来越多, 该结构形式在对于大空间与建筑结构外形变化性需求上有很大的满足与实现优势, 进行大跨度拱形钢结构桁架的设计分析, 有利于提高设计水平, 保证设计质量, 促进在施工中的应用, 具有积极作用和意义。

参考文献

[1]刘志坚.济南站无站台柱雨棚大跨度拱形空问钢管桁架施工技术[J].铁道标准设计, 2008 (08) .

[2]程勤功, 金振, 毕庆槐.大跨度变截面拱形立体管桁架施工技术[J].建筑技术, 2007 (05) .

大跨度钢桁架分段吊装施工技术篇7

兰州西站是宝兰客运专线的终点, 兰新高速铁路的起点。其外立面屋盖采用正交空间管桁架钢结构, 顺轨方向的主要跨距为27 m、66 m、27 m, 垂直轨道方向的跨距基本以20~32 m跨为主。主结构结合建筑表皮沿“几”字形布置主桁架, “几”字中间部分凸起近10 m, 凸起部分跨度最大为66 m, 桁架与钢管柱连接采用跨度2 m、高度3 m的倒置三管桁架。

2 施工要点

该工程钢结构跨度大, 对杆件加工精度和高空各组件拼装精确定位要求高, 低温条件下对桁架焊接质量要求高。

2.1 杆件加工与空间定位

在低温条件下焊接时, 采用电加热、火焰加热器等方法进行构件预热, 焊接完成采用后热消氢处理以保证焊接区温度平稳冷却, 减小不均匀应力的产生, 保证施工质量。

施工中利用BIM技术, 建立站房钢桁架三维空间模型, 模拟钢桁架空间体系排布, 从而确定每根杆件空间定位、加工尺寸及各杆件连接处切口形式, 依据三维模型中杆件数据进行加工、分段拼装, 保证精确加工及定位尺寸。

2.2 桁架拼装

屋盖钢结构主桁架主要由主桁架、联系桁架、封边桁架、次桁架、腰桁架、吊挂桁架及联系钢梁等组成, 钢结构拼装主要内容为站房屋盖桁架地面拼装, 桁架采用分段吊装, 桁架的拼装均考虑桁架上弦杆分为12 m一段的分块, 剩余屋盖桁架杆件由散件运输至施工现场, 在施工现场进行拼装完成。

2.3 桁架吊装

第一步:使用全站仪将待拼装的桁架轴线放样至地面上, 按照轴线位置布设拼装胎架 (见图1) 。

第二步:25 t汽车吊拼装吊装主桁架上、下弦杆 (见图2) 。

第三步:25 t汽车吊拼装吊装主桁架上、下弦杆间腹杆 (见图3) 。

第四步:主桁架拼装完成后进行终测、复核 (见图4) 。

2.4 桁架焊接与焊缝处理

2.4.1 桁架分段间的定位焊

(1) 桁架分段吊装就位、找正、调整后, 首先由辅助工人在各分段接口处坡口背部沿坡边向外采用粗砂布或角向磨光机去除锈蚀和污物, 在焊缝区域较大范围去除污物、锈皮、附着物, 然后由持证焊工进行定位点焊。

(2) 采用手工电弧焊时, 选用φ3.2 mm电焊条, Q345B钢选用焊材为:E5015, 直流反接, 焊接电流≈120 A。

(3) 用于工程主次管连接处的衬板在接头施焊全过程中可以存储较多热量, 所以对接头的缓冷具有重要作用。因此, 对衬板不仅要求材质与母材完全相同, 还需满足宽度不小于40 mm、厚度不小于8~10 mm。

(4) 对于厚钢板, 定位焊前要按规范加热, 可减少定位焊处出现气孔、未熔合、焊道凹凸、裂纹等缺陷。此处的定位焊应采取大面积除湿, 其加热温度不低于正式施焊温度, 且定位焊完成后迅速采用石棉布进行保温等措施。

(5) 用于定位的焊机为直流弧焊机, 采用手工电弧焊方式。电弧极性:阳级;电流值:≈120 A;焊条直径:3.2 mm;焊材型号与母材相匹配。

(6) 根据《焊接技术规程》3.7.1.3.2节焊接工艺进行预热, 焊接过程中保持焊接参数和层间温度, 焊后进行后热与保温 (适用于寒冷天气) 。

2.4.2 焊缝清理及处理

(1) 多层和多道焊时, 在焊接过程中严格清除焊道或焊层间的焊渣、夹渣、氧化物等, 可采用砂轮、凿子及钢丝刷等工具进行清理。

(2) 从接头两侧进行焊接完全焊透的对接焊缝时, 在反面开始焊接之前, 采用适当方法 (如碳刨、凿子等) 清理根部至正面完整焊缝金属为止, 清理部分的深度不得大于该部分的宽度。

(3) 每一焊道熔敷金属的深度或熔敷的最大宽度不超过焊道表面的宽度。

(4) 同一焊缝连续施焊, 一次完成。不能一次完成的焊缝, 注意焊后的缓冷和重新焊接前的预热。

(5) 加筋板、连接板的端部焊接采用不间断围角焊, 引弧和熄弧点位置距端部大于100 mm, 弧坑填满。

(6) 焊接过程中, 尽可能采用平焊位置或船形位置进行焊接。

2.5 监测

为了在钢结构安装施工过程中对钢屋盖关键构件在施工过程中的沉降、位移和变形情况进行连续不间断监测, 以便及时对支撑系统和重要杆件的位移、变形量及其设计参数的符合程度进行评估, 必须对结构构件、节点、支撑的损伤进行监测, 对结构的变形状态和整体震动进行实测, 应设置沉降、位移和变形监测系统进行自检和动态控制, 对钢屋盖施工过程进行系统监测。

(1) 水准基点的设置。钢屋盖的沉降变形观测是根据钢屋盖附近的水准基点进行的, 水准基点必须坚固稳定。为了对水准点进行相互校核, 防止本身产生变化, 沉降观测水准基点的数目应尽量不少于3个, 以组成水准网。对水准基点每半年检测1次, 以保证沉降观测成果的正确性。

(2) 沉降观测点的布置。沉降观测点的布置应符合设计要求, 设计未规定时, 按下列原则设置:建筑物的四角、大转角处、沉降缝两侧、高低错台处;建筑物每隔1个轴线设1个观测点;变形明显而又有代表性的部位;稳固可靠、便于保存、不影响施工及建筑物的使用和美观。

2.6 卸载

站房屋盖的结构安装用临时托架拆除卸载时, 为保证已完成安装的钢桁架整体的稳定性, 以及减少因钢桁架卸载发生钢桁架自身沉降变形而造成对后续安装钢桁架精度的影响, 现场采用方案为:完成4榀钢桁架形成相对稳固的体系时, 方可拆除第1榀钢桁架其下的临时支撑托架, 依次逐步吊装钢桁架, 并延迟拆除临时支撑架。

3 结束语

大跨度管桁架论文篇8

大跨度菱形空间桁架是基于建筑造型产生的一种新的桁架形式,苏州火车站正是采用了这种结构形式[2]。本文拟以某火车站站房屋盖为例,在有限元软件ABAQUS环境下,以梁单元模拟各杆件,建立桁架屋盖的有限元模型,对屋盖进行仿真静力计算,并与实际测试数据进行对比,以检验计算方法的准确性。

1 工程概况

该火车站屋面钢结构为大跨度空间网格结构,大跨度屋盖平面呈工字形,南北方向最大尺寸为353.4 m,东西方向最大尺寸为198 m,屋盖最大高度为31.91 m。大跨度屋盖由设置在下部混凝土结构柱顶的抗震球形支座上的斜撑杆支承,东西方向柱距为88 m,最大柱距达132 m;南北方向柱距为22 m～54 m。南北屋盖结构合计覆盖面积61 242 m2。

屋盖结构采用双向布置,我们设定东西向为主桁架方向,桁架截面为菱形,菱形宽度为11 m,高度为8 m。

空间桁架的弦杆与腹杆均为圆钢管,钢管之间主要采用相贯焊接节点,在支座处以及部分相交节点位置,考虑到相贯杆件多,受力复杂,设计采用了铸钢件节点。桁架钢材材质除少部分为Q420C外,其他均为Q345C,钢管最大板厚50 mm,设计规定当厚度大于40 mm,所用钢材需满足Z15性能要求。对于管径小于400 mm的圆管采用热轧无缝钢管,大于400 mm选用直缝焊管。

屋面檩条采用高频焊接H型钢或格构式构件,上面敷设双层金属板加轻质保温材料屋面体系。为了增加屋盖结构在其平面内的整体刚度,在屋架中弦层内布置了水平支撑体系。

2 有限元模型的建立

2.1 ABAQUS单元简介

此屋盖结构的ABAQUS有限元模型采用三维梁单元,梁单元用来模拟一维尺寸(长度)远大于另外二维尺寸的构件,且只有长度方向的应力比较显著。三维梁单元每个节点有6个自由度:3个平动自由度(1～3)和3个转动自由度(4～6),尽管三次梁单元允许梁的大位移和大转动,但不考虑剪切柔度,并且假定轴向应变很小,因此,它们适合用来模拟细长梁[3]。

考虑到此屋盖桁架结构的上下弦杆在重力和温度作用下承受弯矩作用,用梁单元模拟杆件比较合理。

2.2 有限元模型的建立

屋盖结构的各杆件采用三维梁单元,由于结构的节点采用相贯结点,所以模型中各杆件的连接方式取为刚性连接。屋盖结构的支座为球形抗震铰支座,因而模型中用铰支座模拟该屋盖桁架的实际结构。在结构自重作用下,采用所有材料均为线弹性,在分析中采用ABAQUS提供的材料本构模型。钢构件的弹性模量按2.06×105 N/mm2,质量密度为7 850 kg/mm3,膨胀系数为1.2×10-5,泊松比为0.3[4]。在ABAQUS环境下建立屋盖模型,见图1。

3 现场实测方案及测点布置

为验证计算方法的准确性,对该菱形空间桁架屋盖结构的竖向挠度进行了现场实测。现场实测的项目包括屋盖下弦节点的坐标观测,是通过在平台上架设全站仪进行的,所设测点图见图2。

4 现场实测数据与模型分析数据对比

竖向挠度对比结果见表1。

由图3,图4中的挠度曲线可以看出,模型的计算挠度与实测挠度具有相同的变化趋势,且数值相当接近,个别数据相差也比较小。造成这种微小差异的原因有两点:

1)噪声及激光测试的技术误差造成的。

2)有限元模型是在理想条件下建立的,而实际屋盖还要承受风载及温度等作用。一般认为,尽管测试结果存在误差,但都认为实测结果是可靠和准确的。

通过ABAQUS所建模型计算所得屋盖的挠度与实测值一致,可见所采取的在ABAQUS环境下的静力计算方法的准确性比较好。

5 结语

由以上论述可知,在ABAQUS环境下,采用弹性分析的三维梁单元可以较好的模拟屋盖的杆件,得出的挠度结果也与实测结果很接近,也即所采用的静力计算方案对于该种大跨度菱形空间桁架具有很好的准确性。

摘要：以某火车站菱形空间钢管桁架屋盖的实测挠度为依据,在ABAQUS环境下采用弹性分析方法建立有限元模型对屋盖进行静力下仿真计算,结果表明,静力计算方案对于该种大跨度菱形空间桁架具有很好的准确性。

关键词：菱形空间桁架,有限元分析,挠度测试