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鄂尔多斯机场航站楼铸钢球节点设计与力学性能分析
发布时间:2013-1-24 23:23:25 | 人感兴趣 | 评分:3 | 收藏:
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(2)  计算分析

 
图5-1     鄂尔多斯机场航站楼荷载加载示意图

 
图5-2    鄂尔多斯机场航站楼节点变形图
 

图5-3   鄂尔多斯机场航站楼 Von-Mises应力云图
 

该铸钢节点最大位移为0.88mm,最大应力为129.665 <240 。从铸钢节点的主应力云图以及等效应力云图可以看出,最大应力远小于铸钢件的屈服应力,铸钢节点应力分布均匀,强度和刚度能够满足设计要求。
      3.3铸钢节点2有限元分析
      (1)  荷载选取
 

表3-2   节点2荷载数据

(2) 计算分析
 


图6-1  鄂尔多斯机场航站楼 荷载加载示意图
 

图6-2   鄂尔多斯机场航站楼节点变形图
 

图6-3   鄂尔多斯机场航站楼Von-Mises应力云图


      该铸钢件节点最大位移为3.923mm,节点大部分应力均小于200N/㎜2,局部区域出现应力集中,应力云图符合客观规律,铸钢节点应力分布均匀,强度和刚度能够满足设计要求。
      4  铸钢节点的生产工艺
      铸钢节点的生产工艺主要包括铸钢件的铸造、热处理、后处理三个方面。
      4.1铸钢节点的铸造工艺
      铸造工艺的基本过程为制模→造型→冶炼→浇注。
      模型的设计与制作是节点铸造的关键步骤。在模型的制作过程中,应严格控制模型各部分的尺寸、角度及表面光洁度。
      为提高铸件的尺寸精度及易于清理,通常采用表面稳定性较高的型砂造型工艺。同时为了增加型砂抵抗金属液的冲刷和侵蚀作用,防止铸件表面产生粘砂,对铸型表面应涂刷合适的涂料。
      目前铸钢件的材质牌号通常参照德国标准,该标准对S、P的含量限制非常严格。为确保材质的化学成份符合设计要求,在冶炼过程中不仅需控制炼钢原料的质量,采用优质中小废钢,而且炼钢熔清后,应抓紧造渣、流渣,以利于低温去磷;同时需加强还原期的脱S操作。
      钢水的浇注要确保进入型腔的钢液平稳,有合适的上升速度,不出现涡流现象。对于铸件中厚度较薄部位,应将钢水浇遍,以防钢水凝固后出现空洞,严重影响节点的受力性能。
      4.2铸钢节点的热处理
      为了提高铸钢件的机械性能以及消除铸造过程中引起的铸造应力,对铸钢件应进行热处理。铸钢件的热处理主要受温度和时间的影响,其加热速度取决于钢的化学成份、铸件的形状与断面大小,保温时间取决于铸件的最大壁厚及装炉堆料情况。
      4. 3铸钢节点的后处理
      铸钢件的后处理过程主要包括:清砂→切割浇冒口→补焊→打磨→抛丸→防锈处理等。
      5 铸钢节点的质量控制与焊接
      5. 1铸钢节点的质量控制
      质量控制是生产合格铸件的基本保证。为确保铸钢节点的质量,在节点的生产及安装过程中主要进行以下几方面的检测。
      (1)目前,我国选用铸钢材质时所遵循的标准为德国DIN17182,制作时采用国内钢材,因此对其化学成份应进行严格检验,并提供相应的化学成份报告。
      (2)将浇铸钢件的同炉铁水制成标准试件,进行力学性能检验,提供机械性能报告。
      (3)对铸件进行无损探伤检测,方法主要为磁粉探伤与射线探伤。
      (4)用二维坐标仪对铸钢节点的几何尺寸及空间位置进行检测,并根据测量结果在铸钢件上标出定位线,以利十节点的安装。
      (5)对铸钢件的铸造内外侧倒角、表面粗糙度进行检测。
      5.2铸钢节点的焊接
      铸钢节点与钢管的焊接为两种不同材质的焊接,为了确保焊接质量,不仅要严格控制铸钢材质中C、S、P的含量,而且对焊条选择、焊接工艺都要进行严格评定。焊条主要根据铸钢节点与钢管的材质性能选择,焊条在使用前应进行烘干处理。焊接工艺主要从试件组对、试件校正、预留焊接收缩量、焊接定位、焊前防护、清理、预热、焊接、保温、检验等工序进行严格控制。
      6 、结语
       铸钢节点的诸多优势已为国内外的大量工程实践所证实。该节点由于在厂内整体浇铸,不仅可根据建筑与结构的需求铸造出各种复杂的外形,而且可免去相贯线切割及重叠焊缝焊接引起的应力集中,因此节点在不同结构形式、不同跨度的空间结构中得到了前所未有的发展。
      本文结合鄂尔多斯机场航站楼工程,提出带肋铸钢球节点的构造和设计方法;运用非线性有限元分析方法,分析带肋铸钢球节点在复杂受力状态下的承载力和变形能力,确定带肋铸钢球节点的受力性能;并详细阐述了铸钢球节点的的制造工艺和技术标准。
      [1]韩庆华 王开强 刘锡良等.铸钢空心球管节点受压极限承载力数值分析[J].哈尔滨工业大学学报,2006,38(8) 
      [2]林彦 刘锡良.铸钢节点的设计以及在工程中的应用[J].工业建筑,2005,35(11) 
      [3]刘锡良 林彦.铸钢节点的工程应用与研究[J].建筑钢结构进展,2004,6(1) 
      [4]卞若宁,陈以一等.空间结构大型铸钢节点试验研究.建筑结构,2002,32(12)
      [5]陈瑞麟.多角度钢结构铸钢节点的研制.钢结构,2003(4),Vol.18,No.66
      [6]GB50017-2003,钢结构设计规范,北京:中国计划出版社,2003年
      作者简介:张玉兰,1964.10河北建设集团有限公司建筑设计院,高级工程师,现在天津大学结构工程专业攻读博士。
      联系地址:河北省保定市向阳南大街859号中诚商务中心四楼建筑设计院(071051)。
 

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