不锈钢管相贯节点概述

2020-05-26 00:22:49

近年来,不锈钢管结构得到了广泛的发展和应用,不仅在海洋平台、空间网壳等传统不锈钢管结构应用领域得到了更加广泛的应用,在许多新的特型结构、体育场馆、大跨度桥梁中更是得到了设计者的青睐,像北京奥运场馆、水立方等一批优秀建筑,无疑将成为人类建筑史上的明珠。

不锈钢管结构得到如此广泛的应用和发展与其自身的优良特性是分不开的。首先,不锈钢管的截面为闭口对称截面,有利于单一构件整体和局部的稳定性;第二,闭口截面与开口截面相比,外表面积较小,减少了防腐防火涂层材料的消耗,结构具有更好的抗腐蚀性能;第三,不锈钢管结构表面光滑,阻力系数较小,在风和海浪的作用下,受力性能出色;第四,随着现代科技的发展,不锈钢管结构的制作更加方便简单,各种独具特色的构件和结构也可以完成制作加工,使得不锈钢管结构建筑物在外观上具有更强的艺术观赏性。

工程中应用的不锈钢管一般为薄壁不锈钢管,其径向刚度一般远远小于其轴向刚度,结构在荷载作用下发生破坏的部位一般位于各个杆件的连接处,即节点处,而非杆件处,因此对于不锈钢管结构而言,节点的设计安全显得尤为重要。目前应用的连接节点类型主要有:空()心焊接球节点、法兰节点、铸钢节点、螺栓球节点和相贯节点等节点形式。其中,相贯节点目前在工程中应用的较多,其节点形式为主管在杆件相交处连续贯通,与之相连的支管端部切割出相贯线直接焊接到主管的表面。相贯节点传力路线明确,力学性能突出,承载力强,构造相对简单,外形美观,在实际工程中能够节省钢材和减少焊接的工作量。相贯节点制作的关键技术是相贯线的切割,以往主要靠人工切割,很难保证切割质量,但随着现代切割技术的发展,这一难题也已经得到解决,从而使相贯节点的应用优势更加明显。基于以上优点,相贯节点的应用非常广泛,近年来完成的一些重大工程,如上海八万人体育场、上海东方明珠国际会议中心、上海虹口体育场、浦东国际机场航站楼、上海国际赛车场新闻中心、广州新体育馆、广州新白云国际机场、广州会展中心、哈尔滨会展中心、首都国际机场新航站楼、水立方等,均采用了相贯节点。

相贯节点从不同的角度可以分为不同的种类。按杆件是否处于同一平面,相贯节点可分为空间节点和平面节点。平面节点就是所有杆件的轴线均处于或几乎处于同一平面内,其他情况则为空间节点,在节点处贯通的不锈钢管通常称为弦杆或主管,焊接于弦杆之上的不锈钢管称为腹杆或支管,空间节点中非主承重面内的杆件称为支杆以区别于腹杆。

按照支管端部在节点部位的连接情况可将节点分为间隙节点和搭接节点两种。间隙节点是指支管连接主管的端部在节点部位相互完全分离的节点;搭接节点又分为部分搭接和完全搭接两种形式,部分搭接节点是指支管连接主管的端部在节点部位部分重叠的节点,完全搭接节点是指支管连接主管的端部在节点部位完全重叠的节点。

按照截面形状分类,杆件全部采用圆钢管的节点,称为圆钢管节点;杆件全部采用方钢管或矩形不锈钢管的节点称为方管节点;杆件中某些杆件采用圆钢管,而另外一些杆件采用方钢管或者矩形管的节点称为方圆汇交节点。

按节点的刚度分类,可分为刚性节点、半刚性节点和铰接节点。在传统海洋工程结构设计中,相贯节点作为刚接节点处理,原因是弦、腹杆截面几何尺寸相差较小导致端部约束较大;钢桁架结构设计将相贯节点作为铰接节点处理,原因是杆件细长使得次弯矩较小;而实际上的相贯节点由于其相贯面的局部变形应该被划入半刚性节点的范畴。况且在有些情况下,如空腹“桁架”或单层网壳结构体系中,相贯节点必须实现半刚性甚至刚性连接的要求,否则无法形成有效的结构体系。

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