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      武漢火車站:復雜多管相貫節點制造技術

      作者:王朝陽 蔣官業 任 勇 楊 丹 熊鳳霞    
      時間:2012-09-14 15:03:47 [收藏]
      武漢火車站鋼結構包括中央站房結構、樓面結構、雨棚結構和附屬結構。中央站房和雨棚結構屋面結構形式為空間雙曲雙拱結構,其中屋面桁架采用了多管相貫節點形式,相貫節點數最多達10個,在國內尚屬于首例,本文詳細分析了該類節點的制作工藝,為此類構件的制造提供了參考和依據
          關鍵詞:多管相貫節點 武漢火車站

        [摘要]: 武漢火車站鋼結構包括中央站房結構、樓面結構、雨棚結構和附屬結構。中央站房和雨棚結構屋面結構形式為空間雙曲雙拱結構,其中屋面桁架采用了多管相貫節點形式,相貫節點數最多達10個,在國內尚屬于首例,本文詳細分析了該類節點的制作工藝,為此類構件的制造提供了參考和依據。

        1  概述

        鋼管相貫空間桁架結構相比球節點桁架造型美觀,大方。相貫桁架的大規模使用是從1995年日本大阪關西國際機場建造開始,近年來國內外的一些公共建筑如機場航站樓、航空港、候機樓大廳、展覽館、體育館中均有大量的應用。
              武漢火車站多管相貫節點與其它結構的相貫節點又有較大差別:常見桁架結構相貫桿件數量一般不超過8個,同時相貫桿件有明顯的主次桿之分,而以武漢站鋼結構相貫桿件數量在6-10之間,超過8管相貫數量較多,同時相貫相件規格較為接近,無明顯主次之分,制作難度增大許多。

        2  加工工藝

              2.1 多管相貫節點構造
              多管相貫節點構件分別由桁架上弦縱桿、橫桁架牛腿、直腹桿牛腿、斜腹桿牛腿、拉接板、加勁板等組成,如圖1所示:
         

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        2.2加工工藝
              工藝流程:地基夯實、抄平、防沉降措施、軸線施測、焊接回路布設→布設組裝胎架→垂直運輸設備調校、吊索具分類檢驗、臨時支承作業架布設、點位移植標識,上弦桿吊上胎架進行定位→吊裝定位次桁架牛腿→焊接→探傷→裝配定位直腹桿牛腿垂測核驗→焊接防變形焊序→無損檢驗,確認滿足質量等級→裝配定位斜腹桿牛腿→焊接→探傷→測量、校正→裝配定位拉接板→安裝各加強勁→定位正確后進行自檢互檢→合格后提交專職質檢員進行驗收→驗收合格后進行焊接→焊后進行探傷→系統實施測量、冷調熱矯校正→端部余量裁切,見圖2所示:

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        3  加載試驗

        3.1試驗內容
              A、單管拉伸試驗,單管拉伸試驗包括兩個試件:一個為未焊接支管的鋼管拉伸試驗,另一個為焊接支管后鋼管的拉伸試驗,測試并比較兩者的屈服強度、極限強度、伸長率等性能。
              B、單平面多管相貫節點試驗:多管相貫節點在設計荷載下的受力性能,包括應力分布、構件變形等方面,通過逐步加載的方式,確定節點的極限承載能力。

        3.2試驗對象的選擇
              試驗選擇了F軸主拱跨中的相貫節點,該相貫節點支管數目為8根,屬武漢站中較常見的相貫節點形式,見圖3所示。

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        3.3 加載方法及測試
              A、單管拉伸試驗
              單管拉伸試驗在臥式拉力試驗機中進行,加載示意圖如圖4,該裝置加載能力為1200t,預計加載極限拉力為650t左右,見圖4所示。
         

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        B、單平面相貫節點試驗
              單平面相貫節點試驗在剛性反力架中進行,本次試驗采用兩個千斤頂加載,最大加載量為2倍設計荷載值:主管(豎向)千斤頂極限加載壓力為150t左右,腹桿(橫向)千斤頂極限加載壓力為120t左右,如圖5所示:
         

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        3.4  加載方式
              本次試驗擬采用單調加載方式,結合有限元的分析結果,合理確定每一階段的加載步長。加載順序為:
              (1)預加載——取設計荷載的5%左右,用于檢查、測試各相關設備的連接、工作狀態;
              (2)彈性加載階段——在模型進入塑性前,加載步長可稍取大一些,比如可取最大彈性荷載的15%左右;
              (3)塑性工作階段——模型進入塑性后,荷載步長要縮短,并根據現場情形隨時進行調整,直至模型破壞、加載結束。

        3.5  測試內容及方式
              根據設計單位的要求并結合有限元分析結果,測試關鍵部位的應力、應變、位移、指定標距范圍內的伸長率;觀察模型的變形態勢。
              所有的加載、應變、位移數據由計算機自動采集并進行實時分析。

        3.6  試驗結果
              試驗結果與計算值比較穩合,相貫節點在1倍的設計荷載下,節點變形較小,材料基本處于彈性狀態;隨著荷載的增加,塑性區逐漸發展;在2倍設計荷載下,節點的水平位移較大,但仍未喪失承載能力。試驗證明該相貫節點在特定加載方式下是安全的,并具有一定的安全儲備,相貫節點的制作滿足設計質量要求。

        4  結論

        武漢站鋼結構多管相貫節點的制造工藝,填補國內外多管相貫節點無成熟制造工藝的空白,見圖6所示
         

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               參考文獻
              【1】《鋼結構工程施工質量驗收規范》GB 50205-2001
              【2】《建筑鋼結構焊接技術規程》JGJ81-2002
              【3】《低合金高強度結構鋼》GB/T1591

              作者簡介:王朝陽,中建鋼構有限公司武漢分公司經理。

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