現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)跨度大、造型復(fù)雜、形式多樣,對(duì)連接節(jié)點(diǎn)要求更加嚴(yán)格。相比于傳統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)連接方式,鑄鋼節(jié)點(diǎn)憑借著良好的力學(xué)性能、造型靈活、施工方便等優(yōu)點(diǎn),逐漸廣泛的應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外的建筑工程中。近年來,工程設(shè)計(jì)人員以及相關(guān)學(xué)者認(rèn)識(shí)到鑄鋼節(jié)點(diǎn)的大優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)結(jié)構(gòu)抗疲勞性能的改善,并越來越多的應(yīng)用于疲勞問題突出的結(jié)構(gòu)。鑄鋼節(jié)點(diǎn)的疲勞性能分為鑄鋼材料的疲勞性能和環(huán)形對(duì)接焊縫的疲勞性能兩部分,鑄鋼材料的疲勞性能優(yōu)于焊縫的疲勞性能,環(huán)形對(duì)接焊縫的疲勞性能在節(jié)點(diǎn)整體疲勞性能中起控制作用。相比于傳統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)連接方式,鑄鋼節(jié)點(diǎn)雖有眾多優(yōu)點(diǎn),但鑄鋼材料不可避免的會(huì)產(chǎn)生缺陷,由于對(duì)其帶缺陷疲勞性能研究不足,和相關(guān)環(huán)形對(duì)接焊縫的疲勞性能數(shù)據(jù)缺乏,工程設(shè)計(jì)中多采用放大安全系數(shù)的設(shè)計(jì)方法。因而,現(xiàn)有鑄鋼節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)方法比較保守,其疲勞性能,尤其是鑄鋼材料部分的疲勞性能存在著較大的冗余,造成節(jié)點(diǎn)自重大,浪費(fèi)材料,增加建造成本。

鑄造缺陷對(duì)于用鑄鋼節(jié)點(diǎn)的鋼結(jié)構(gòu)力學(xué)性能影響

鑄鋼節(jié)點(diǎn)外形美觀、造型靈活、過渡光滑,各支管角度可按需選取,對(duì)各種復(fù)雜形狀適應(yīng)性好,且鑄鋼節(jié)點(diǎn)采用一次性澆注完成,節(jié)點(diǎn)整體性能優(yōu)良,所以特別適用于三維應(yīng)力狀態(tài)下節(jié)點(diǎn)和支點(diǎn)等聯(lián)接部位,近年來在工程中得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。受鑄造工藝水平的限制及環(huán)境因素的影響,鑄鋼節(jié)點(diǎn)經(jīng)常會(huì)存在諸如裂紋、粘砂、縮松、氣孔等內(nèi)部或外部缺陷,缺陷的存在會(huì)在一定程度上對(duì)鑄鋼節(jié)點(diǎn)乃至整體結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能造成影響。當(dāng)前對(duì)于鑄鋼節(jié)點(diǎn)的研究,考慮鑄造缺陷的還很少。此外,當(dāng)前對(duì)鑄鋼件進(jìn)行質(zhì)量評(píng)定時(shí),關(guān)注的是鑄鋼件上缺陷為嚴(yán)重的局部區(qū)域,而對(duì)于鑄鋼件上分布的其他缺陷缺乏必要的關(guān)注。此種“以局部考量整體”的評(píng)定方法是不全面的,可能會(huì)給鑄鋼節(jié)點(diǎn)乃至整體結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的計(jì)算和判斷帶來偏差。本文以一含鑄鋼節(jié)點(diǎn)的橋梁桁架結(jié)構(gòu)為工程背景,采用數(shù)值模擬的方法,探討了鑄造缺陷的存在對(duì)于鑄鋼節(jié)點(diǎn)及整體桁架結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響,并對(duì)現(xiàn)行鑄鋼件質(zhì)量評(píng)級(jí)方法的局限性進(jìn)行了研究,提出了相關(guān)建議。

伴隨我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的進(jìn)步，人們開始追求更大的空間。隨著結(jié)構(gòu)形式日益復(fù)雜，這就對(duì)建筑物受力為復(fù)雜的節(jié)點(diǎn)提出了更高的要求。鑄鋼節(jié)點(diǎn)以其節(jié)點(diǎn)剛度大、承載力高、疲勞性能、耐腐蝕性能、抗震性能較好等優(yōu)點(diǎn)，已成為近年來應(yīng)用較為廣泛的新型節(jié)點(diǎn)形式之一，越來越受到工程師的青睞。我國(guó)是地震高發(fā)的國(guó)家，近年來由于地震頻發(fā)，暴露出各類建筑對(duì)于抗震設(shè)計(jì)的種種不足，給人們的生命財(cái)產(chǎn)安全造成無法估量的損失，所以對(duì)于地震作用下建筑物抗震能力的研究刻不容緩。本文利用ANSYS有限元軟件對(duì)焊接連接的半剛性鑄鋼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了三維有限元模擬，為空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)鑄鋼節(jié)點(diǎn)抗震性能研究奠定理論基礎(chǔ)。本文首先對(duì)鑄鋼節(jié)點(diǎn)在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用以及發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行論述；對(duì)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有鑄鋼節(jié)點(diǎn)抗震性能研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析，指出目前研究的不足；并對(duì)空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)鑄鋼節(jié)點(diǎn)抗震性能進(jìn)行研究。其次，采用ANSYS有限元軟件分析了鑄鋼件連接節(jié)點(diǎn)的靜力性能和滯回性能，總結(jié)了鑄鋼件厚度、鑄鋼管件交匯處倒角鋼管結(jié)構(gòu)因其具有輕巧美觀,用鋼量省等優(yōu)點(diǎn),在我國(guó)得到了迅速的發(fā)展,應(yīng)用范圍也愈來愈廣。鑄鋼節(jié)點(diǎn)在現(xiàn)代大跨鋼管結(jié)構(gòu)中表現(xiàn)出了造型美觀、可塑性強(qiáng)、受力安全合理等優(yōu)點(diǎn),正在逐漸被工程設(shè)計(jì)人員應(yīng)用于工程實(shí)際之中。沈陽(yáng)文化藝術(shù)中心工程工程薄殼鋼結(jié)構(gòu)共有64個(gè)三角形面,每個(gè)面的夾角不同,每個(gè)面又分為16個(gè)小三角形,總用鋼量為11000噸,屬于大跨度非常規(guī)無序空間薄殼鋼結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)體系中的鑄鋼節(jié)點(diǎn)單件重量達(dá)高達(dá)105噸,在國(guó)內(nèi)尚屬首次采用,是目前國(guó)內(nèi)鑄鋼節(jié)點(diǎn)在建筑工程應(yīng)用過程中單件重量重的,而且體形相當(dāng)復(fù)雜,總共有多達(dá)8個(gè)分枝,且每個(gè)分枝之間的夾角也是相當(dāng)小,大口徑達(dá)1430mmm、大外形尺寸為11.72x5.06x3.14m,屬超大型鋼構(gòu)節(jié)點(diǎn)。下部混凝土結(jié)構(gòu)總建筑面積約8.5萬平方米,擁有一座1800座的中央劇場(chǎng)、一座1200座的音樂廳和一座500座的多功能廳地上七層,地下一層。從結(jié)構(gòu)形式上看也是高度不規(guī)則的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。