中國建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會
建筑鋼結(jié)構(gòu)分會主辦
[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(diǎn)形式，相貫節(jié)點(diǎn)數(shù)最多達(dá)10個(gè)，在國內(nèi)尚屬于首例，本文詳細(xì)分析了該類節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(jī)場建造開始，近年來國內(nèi)外的一些公共建筑如機(jī)場航站樓、航空港、候機(jī)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(diǎn)與其它結(jié)構(gòu)的相貫節(jié)點(diǎn)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(gè)，同時(shí)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(shí)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(diǎn)構(gòu)造
多管相貫節(jié)點(diǎn)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：
2.2加工工藝
工藝流程：地基夯實(shí)、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(yùn)輸設(shè)備調(diào)校、吊索具分類檢驗(yàn)、臨時(shí)支承作業(yè)架布設(shè)、點(diǎn)位移植標(biāo)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(yàn)→焊接防變形焊序→無損檢驗(yàn)，確認(rèn)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(qiáng)勁→定位正確后進(jìn)行自檢互檢→合格后提交專職質(zhì)檢員進(jìn)行驗(yàn)收→驗(yàn)收合格后進(jìn)行焊接→焊后進(jìn)行探傷→系統(tǒng)實(shí)施測量、冷調(diào)熱矯校正→端部余量裁切，見圖2所示：
3 加載試驗(yàn)
3.1試驗(yàn)內(nèi)容
A、單管拉伸試驗(yàn)，單管拉伸試驗(yàn)包括兩個(gè)試件：一個(gè)為未焊接支管的鋼管拉伸試驗(yàn)，另一個(gè)為焊接支管后鋼管的拉伸試驗(yàn)，測試并比較兩者的屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度、伸長率等性能。
B、單平面多管相貫節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)：多管相貫節(jié)點(diǎn)在設(shè)計(jì)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(diǎn)的極限承載能力。
3.2試驗(yàn)對象的選擇
試驗(yàn)選擇了F軸主拱跨中的相貫節(jié)點(diǎn)，該相貫節(jié)點(diǎn)支管數(shù)目為8根，屬武漢站中較常見的相貫節(jié)點(diǎn)形式,見圖3所示。
3.3 加載方法及測試
A、單管拉伸試驗(yàn)
單管拉伸試驗(yàn)在臥式拉力試驗(yàn)機(jī)中進(jìn)行，加載示意圖如圖4，該裝置加載能力為1200t，預(yù)計(jì)加載極限拉力為650t左右，見圖4所示。
B、單平面相貫節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)
單平面相貫節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)在剛性反力架中進(jìn)行，本次試驗(yàn)采用兩個(gè)千斤頂加載，最大加載量為2倍設(shè)計(jì)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：
3.4 加載方式
本次試驗(yàn)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?yàn)椋?br />
（1）預(yù)加載——取設(shè)計(jì)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(jìn)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(jìn)入塑性后，荷載步長要縮短，并根據(jù)現(xiàn)場情形隨時(shí)進(jìn)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(jì)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(biāo)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(jì)算機(jī)自動采集并進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。
3.6 試驗(yàn)結(jié)果
試驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算值比較穩(wěn)合，相貫節(jié)點(diǎn)在1倍的設(shè)計(jì)荷載下，節(jié)點(diǎn)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(jì)荷載下，節(jié)點(diǎn)的水平位移較大，但仍未喪失承載能力。試驗(yàn)證明該相貫節(jié)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(jié)點(diǎn)的制作滿足設(shè)計(jì)質(zhì)量要求。
4 結(jié)論
武漢站鋼結(jié)構(gòu)多管相貫節(jié)點(diǎn)的制造工藝，填補(bǔ)國內(nèi)外多管相貫節(jié)點(diǎn)無成熟制造工藝的空白，見圖6所示
參考文獻(xiàn)
【1】《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)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(qiáng)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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