武漢火車站:復(fù)雜多管相貫節(jié)點制造技術(shù)

        作者:王朝陽 蔣官業(yè) 任 勇 楊 丹 熊鳳霞    
        時間:2012-09-14 15:03:47 [收藏]
        武漢火車站鋼結(jié)構(gòu)包括中央站房結(jié)構(gòu)、樓面結(jié)構(gòu)、雨棚結(jié)構(gòu)和附屬結(jié)構(gòu)。中央站房和雨棚結(jié)構(gòu)屋面結(jié)構(gòu)形式為空間雙曲雙拱結(jié)構(gòu),其中屋面桁架采用了多管相貫節(jié)點形式,相貫節(jié)點數(shù)最多達10個,在國內(nèi)尚屬于首例,本文詳細分析了該類節(jié)點的制作工藝,為此類構(gòu)件的制造提供了參考和依據(jù)
            關(guān)鍵詞:

          [摘要]: 武漢火車站鋼結(jié)構(gòu)包括中央站房結(jié)構(gòu)、樓面結(jié)構(gòu)、雨棚結(jié)構(gòu)和附屬結(jié)構(gòu)。中央站房和雨棚結(jié)構(gòu)屋面結(jié)構(gòu)形式為空間雙曲雙拱結(jié)構(gòu),其中屋面桁架采用了多管相貫節(jié)點形式,相貫節(jié)點數(shù)最多達10個,在國內(nèi)尚屬于首例,本文詳細分析了該類節(jié)點的制作工藝,為此類構(gòu)件的制造提供了參考和依據(jù)。

          1  概述

          鋼管相貫空間桁架結(jié)構(gòu)相比球節(jié)點桁架造型美觀,大方。相貫桁架的大規(guī)模使用是從1995年日本大阪關(guān)西國際機場建造開始,近年來國內(nèi)外的一些公共建筑如機場航站樓、航空港、候機樓大廳、展覽館、體育館中均有大量的應(yīng)用。
                武漢火車站多管相貫節(jié)點與其它結(jié)構(gòu)的相貫節(jié)點又有較大差別:常見桁架結(jié)構(gòu)相貫桿件數(shù)量一般不超過8個,同時相貫桿件有明顯的主次桿之分,而以武漢站鋼結(jié)構(gòu)相貫桿件數(shù)量在6-10之間,超過8管相貫數(shù)量較多,同時相貫相件規(guī)格較為接近,無明顯主次之分,制作難度增大許多。

          2  加工工藝

                2.1 多管相貫節(jié)點構(gòu)造
                多管相貫節(jié)點構(gòu)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、抄平、防沉降措施、軸線施測、焊接回路布設(shè)→布設(shè)組裝胎架→垂直運輸設(shè)備調(diào)校、吊索具分類檢驗、臨時支承作業(yè)架布設(shè)、點位移植標識,上弦桿吊上胎架進行定位→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→無損檢驗,確認滿足質(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→定位正確后進行自檢互檢→合格后提交專職質(zhì)檢員進行驗收→驗收合格后進行焊接→焊后進行探傷→系統(tǒng)實施測量、冷調(diào)熱矯校正→端部余量裁切,見圖2所示:

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          3  加載試驗

          3.1試驗內(nèi)容
                A、單管拉伸試驗,單管拉伸試驗包括兩個試件:一個為未焊接支管的鋼管拉伸試驗,另一個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、伸長率等性能。
                B、單平面多管相貫節(jié)點試驗:多管相貫節(jié)點在設(shè)計荷載下的受力性能,包括應(yīng)力分布、構(gòu)件變形等方面,通過逐步加載的方式,確定節(jié)點的極限承載能力。

          3.2試驗對象的選擇
                試驗選擇了F軸主拱跨中的相貫節(jié)點,該相貫節(jié)點支管數(shù)目為8根,屬武漢站中較常見的相貫節(jié)點形式,見圖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行,加載示意圖如圖4,該裝置加載能力為1200t,預(yù)計加載極限拉力為650t左右,見圖4所示。
           

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          B、單平面相貫節(jié)點試驗
                單平面相貫節(jié)點試驗在剛性反力架中進行,本次試驗采用兩個千斤頂加載,最大加載量為2倍設(shè)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(diào)加載方式,結(jié)合有限元的分析結(jié)果,合理確定每一階段的加載步長。加載順序為:
                (1)預(yù)加載——取設(shè)計荷載的5%左右,用于檢查、測試各相關(guān)設(shè)備的連接、工作狀態(tài);
                (2)彈性加載階段——在模型進入塑性前,加載步長可稍取大一些,比如可取最大彈性荷載的15%左右;
                (3)塑性工作階段——模型進入塑性后,荷載步長要縮短,并根據(jù)現(xiàn)場情形隨時進行調(diào)整,直至模型破壞、加載結(jié)束。

          3.5  測試內(nèi)容及方式
                根據(jù)設(shè)計單位的要求并結(jié)合有限元分析結(jié)果,測試關(guān)鍵部位的應(yīng)力、應(yīng)變、位移、指定標距范圍內(nèi)的伸長率;觀察模型的變形態(tài)勢。
                所有的加載、應(yīng)變、位移數(shù)據(jù)由計算機自動采集并進行實時分析。

          3.6  試驗結(jié)果
                試驗結(jié)果與計算值比較穩(wěn)合,相貫節(jié)點在1倍的設(shè)計荷載下,節(jié)點變形較小,材料基本處于彈性狀態(tài);隨著荷載的增加,塑性區(qū)逐漸發(fā)展;在2倍設(shè)計荷載下,節(jié)點的水平位移較大,但仍未喪失承載能力。試驗證明該相貫節(jié)點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(jié)點的制作滿足設(shè)計質(zhì)量要求。

          4  結(jié)論

          武漢站鋼結(jié)構(gòu)多管相貫節(jié)點的制造工藝,填補國內(nèi)外多管相貫節(jié)點無成熟制造工藝的空白,見圖6所示
           

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                 參考文獻
                【1】《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB 50205-2001
                【2】《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》JGJ81-2002
                【3】《低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼》GB/T1591

                作者簡介:王朝陽,中建鋼構(gòu)有限公司武漢分公司經(jīng)理。


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