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大跨度楼盖的设计和有限元分析方法

发布于:2015-12-21 22:12

楼盖有限元分析

      随着我国城市化进程的加速,大跨度钢结构和组合结构层出不穷,而节点设计一直是大跨结构设计中的重要环节,节点设计是否得当对整个结构的安全性、抗震性和整体性有着直接的影响,因此选择合理的节点构造形式使节点具有足够的极限承载力和安全度就显得格外重要。传统的钢管结构中节点的形式主要有钢管相贯节点、焊接空心球节点和螺栓球节点,其构造形式及理论分析都比较成熟,而对于由H型钢构成的大跨度钢桁架-混凝土组合楼盖,采用何种节点构造形式才能使节点在有足够安全度的情况下达到用钢量省和施工方便是亟待解决和需要深入研究的问题。
      对于新型的大跨度双向正交钢桁架-混凝土结构体系的节点设计,国内没有同类工程可以参考,且由于节点处的汇交杆件多、节点受力大,普通的钢板节点远远不能满足设计要求,故需寻求合理的节点构造形式在满足安全、经济、且方便施工的基础上有足够的安全度以满足“强节点弱构件”的设计要求。分析选取了楼盖中部主桁架中杆件受力最大、汇交杆件最多(达9根)的下弦端部节点为典型节点进行设计和分析,其他部位的节点采取了类似的构造措施。
      GB50017-2003《钢结构设计规范》对于梁、柱和支撑相连的节点构造推荐了在支撑端部设置扩大的节点板与支撑相连的节点构造方式即节点构造形式1,其主次桁架的节点板与斜腹杆的腹板等厚,设置在下弦的加劲肋与斜腹杆的翼缘等厚,主桁架的下弦杆在节点处贯通,次桁架及腹杆与主桁架和节点的连接都采用标准节点等强连接。标准节点的对接部位采用全熔透坡口焊并保证焊接连接的承载能力不低于母材。加劲肋采用角焊缝与主桁架的下弦相连。此种节点构造形式美观、轻巧,但节点部位弧形节点板和盖板加工比较麻烦且节点显得相对柔弱。
      分析结果表明:在设计荷载作用下该节点构造形式存在较强的应力集中现象,尽管通过增加节点板板厚,其受力性能有所改善,但其安全度和刚度仍不能满足设计要求。鉴于此大跨度楼盖的跨度、荷载都比较大且组合网架的结构高度仅为1.67 m,在用钢量比较经济的情况下杆件的设计内力很大;为了保证节点有足够的安全度,节点设计时本工程在对节点形式1进行有限元分析的基础上曾提出了多种节点构造形式进行试算和调整,并最终在满足安全的前提下考虑施工便利而取用了马鞍型节点,即节点形式2。此节点形式通过在节点板部位设连续的马鞍型盖板使斜腹杆与盖板垂直相交并用全熔透坡口焊连接,从而使施工更加方便且易于保证质量。针对节点区域刚度不足的缺点在主桁架斜腹杆的翼缘部位设置了与翼缘等厚的加劲肋,次桁架斜腹杆按构造设置一道加劲肋,主桁架及次桁架的杆件连接仍采用标准节点进行拼接。


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