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薄壁型重慶鋼結構的節點探討

發布者: 發布時間:2016/3/14 10:52:52 閱讀:次 【字體:
鋼結構構件,往往受制于其長細比的控制而無法充分發揮其全截面的強度,因此常規鋼結構的耗鋼是仍相當可觀,世界上自從薄壁型鋼產生后,就大大改變了這種情況。由于它們的壁很薄,材料全部放到外周,所以其剛度大大增強,于是擺脫了長細比的牽制而可大展鋼材強度的特性,尤其在閉口薄壁型鋼中發揮得更為顯著。
T型管節點主、支管相交線應力分布情況

由于常規鋼結構構件的連接都設節點板傳力,無形中又增加了耗鋼量。在開口薄壁型鋼結構,仍有小尺寸的節點板作為連接。而在閉口薄壁型鋼結構中一般可不用節點板,似乎更趨向于輕型化?墒,由于桁架的弦桿與腹桿受力相差懸殊,所以其所用周邊尺寸得很多。于是腹桿往往頂焊在弦桿腹部之中,結反而使弦桿在節點處形成應力集中,再加桿件長度的施工公差及焊接熱應力以及焊后構件的固端彎矩引起的次應力。

凡此種種使弦桿在節點上的局部應力遠遠高出其承載能力。例如,在海洋平臺鋼管結構中所提到的主管上的熱飯應力即屬此種情況。過去閉口薄壁型鋼結構用得較少,尚未發生過重大質最事故,所以設計人員對上述的次應力所引起的危害性認識不足。這里介紹海洋平臺鋼管結構因次應力而發生毀壞的悲劇,現在世界上先進的工業國都在加強這方面的研究探討。海洋平臺在靜力分析中,由于焊接管節點多是馬鞍形連接,管端轉動受限制,通常是按剛架結構來分析,構件中除了軸力外還有彎矩作用。在惡劣的海洋環境中管節點承受的荷載十分復雜,在靜載作用下按整體剛架設計各桿件,名義應力遠低于材料的屈服強度。

但用有限元法等作節點局部計算或進行節點模型試驗時卻會得出很高的局部應力和與之相應的塑性應變。在節點相交線的焊縫附近某點上,這種局部應力或應變可高達支管名義應力的2~20倍,對于簡單的管節點,在超過屈服點以后具有很大的靜力強度貯備,很少是簡單的塑性變形破壞。但在長期波浪等周期性反復荷載作用下常在熱點部位產生疲勞裂紋,并擴展開來導致破壞。

在國外有些樁基基臺失事多半是先從導管架焊接管節點脆性破壞或疲勞斷裂破壞引起的,如美國加利福尼亞州海域和阿拉斯加海域兩座鋼平臺在動力作用下疲勞破壞而倒坍。在我國也有一座樁基平臺,1969年冬被大流冰沖垮倒坍,都是由導管焊接節點脆性破壞開始的。
 

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