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薄壁型重庆钢结构的节点探讨

发布者: 发布时间:2016/3/14 10:52:52 阅读:次 【字体:
钢结构构件,往往受制于其长细比的控制而无法充分发挥其全截面的强度,因此常规钢结构的耗钢是仍相当可观,世界上自从薄壁型钢产生后,就大大改变了这种情况。由于它们的壁很薄,材料全部放到外周,所以其刚度大大增强,于是摆脱了长细比的牵制而可大展钢材强度的特性,尤其在闭口薄壁型钢中发挥得更为显著。
T型管节点主、支管相交线应力分布情况

由于常规钢结构构件的连接都设节点板传力,无形中又增加了耗钢量。在开口薄壁型钢结构,仍有小尺寸的节点板作为连接。而在闭口薄壁型钢结构中一般可不用节点板,似乎更趋向于轻型化。可是,由于桁架的弦杆与腹杆受力相差悬殊,所以其所用周边尺寸得很多。于是腹杆往往顶焊在弦杆腹部之中,结反而使弦杆在节点处形成应力集中,再加杆件长度的施工公差及焊接热应力以及焊后构件的固端弯矩引起的次应力。

凡此种种使弦杆在节点上的局部应力远远高出其承载能力。例如,在海洋平台钢管结构中所提到的主管上的热饭应力即属此种情况。过去闭口薄壁型钢结构用得较少,尚未发生过重大质最事故,所以设计人员对上述的次应力所引起的危害性认识不足。这里介绍海洋平台钢管结构因次应力而发生毁坏的悲剧,现在世界上先进的工业国都在加强这方面的研究探讨。海洋平台在静力分析中,由于焊接管节点多是马鞍形连接,管端转动受限制,通常是按刚架结构来分析,构件中除了轴力外还有弯矩作用。在恶劣的海洋环境中管节点承受的荷载十分复杂,在静载作用下按整体刚架设计各杆件,名义应力远低于材料的屈服强度。

但用有限元法等作节点局部计算或进行节点模型试验时却会得出很高的局部应力和与之相应的塑性应变。在节点相交线的焊缝附近某点上,这种局部应力或应变可高达支管名义应力的2~20倍,对于简单的管节点,在超过屈服点以后具有很大的静力强度贮备,很少是简单的塑性变形破坏。但在长期波浪等周期性反复荷载作用下常在热点部位产生疲劳裂纹,并扩展开来导致破坏。

在国外有些桩基基台失事多半是先从导管架焊接管节点脆性破坏或疲劳断裂破坏引起的,如美国加利福尼亚州海域和阿拉斯加海域两座钢平台在动力作用下疲劳破坏而倒坍。在我国也有一座桩基平台,1969年冬被大流冰冲垮倒坍,都是由导管焊接节点脆性破坏开始的。
 

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