铸钢节点由于具有结构多样化、外形美观、施工工期短等特点以及良好的适用性,近年在我国大型钢结构建筑、桥梁等工程中逐渐得到推广应用。然而目前尚未有一套成熟的铸钢节点设计方法与产品标准,且在实际荷载作用下铸钢节点的应力状况十分复杂,直接制约了其推广应用,因此对大型或形状复杂的铸钢节点有必要进行一系列的设计、制作和试验研究分析。
铸钢节点设计基本原则
铸钢节点设计时,在满足铸造工艺要求的同时, 充分考虑钢结构在安装施工过程中与节点相关 的每一环节,并根据项目技术要求确定铸造节点基本 设计原则。由于铸造节点的轴线为空间任意方向,因 此采用有关软件进行节点的三维实体设计,其 主要基本原则如下:
(1)铸钢节点具有可焊性;
(2)节点中各肢杆、拉索套管、筒身等各自中心 线宜相交于空间坐标原点,避免产生偏心扭矩;
(3)肢杆外径应与相应桁架杆件相同,其主要受 力肢杆端面的壁厚宜为相接桁架杆件的2倍,次要 受力的肢杆端面壁厚可与相接桁架杆件壁厚相同;
(4)节点肢杆和桁架杆件间应为对接熔透焊缝, 节点各肢杆在端面应做成适当坡口;
(5)为避免节点模型在断面突变处产生过大的 应力集中,在断面变化处宜采用圆滑曲面过渡;
(6)将设计提供的铸钢节点荷载作用在支座节 点各肢杆的端面上,进行铸钢节点分析和优化设计, 并有足够的安全度。
建筑用铸钢节点由于整体浇注成型,避免了复杂节点制作难度大、交汇焊缝残余应力高问题。在大跨空间结构中广泛应用。铸钢节点设计是大跨度钢结构设计中一个非常重要的环节,铸钢节点的安全性,直接影响整个结构的安全。由于规范中的设计方法精度不足,为了确保铸钢节点的安全性,通常需要对铸钢节点进行精细有限元分析,以了解铸钢节点的应力分布特征及其承载能力,同时,对较为复杂的铸钢节点,还需引进必要的试验研究验证,以确保有限元理论计算结果的正确性和有效性。
在铸钢节点设计中,可以充分发挥铸钢件的造型自由度大这一优势,通过调整铸钢件的几何形状,使铸钢节点的应力分布更加均匀合理,在不降低安全性的前提下,减少节点用钢量。
铸钢节点在我国建筑工程领域已呈现出增多的应用趋势,建议提高制造铸钢件的技术含量和设备质量,使其内外表面粗糙度、管壁厚度沿圆管周长方向的不均匀分布、管径不圆等缺陷得到改善,从而使铸钢件的受力性能具有更加安全的保障。