復雜桿件交叉節點鑄鋼件

鑄鋼節點的抗疲勞優化設計

現代工程結構跨度大、造型復雜、形式多樣,對連接節點要求更加嚴格。相比于傳統的節點連接方式,鑄鋼節點憑借著良好的力學性能、造型靈活、施工方便等優點,逐漸廣泛的應用于國內外的建筑工程中。近年來,工程設計人員以及相關學者認識到鑄鋼節點的大優點在于對結構抗疲勞性能的改善,并越來越多的應用于疲勞問題突出的結構。鑄鋼節點的疲勞性能分為鑄鋼材料的疲勞性能和環形對接焊縫的疲勞性能兩部分,鑄鋼材料的疲勞性能優于焊縫的疲勞性能,環形對接焊縫的疲勞性能在節點整體疲勞性能中起控制作用。相比于傳統的節點連接方式,鑄鋼節點雖有眾多優點,但鑄鋼材料不可避免的會產生缺陷,由于對其帶缺陷疲勞性能研究不足,和相關環形對接焊縫的疲勞性能數據缺乏,工程設計中多采用放大安全系數的設計方法。因而,現有鑄鋼節點的設計方法比較保守,其疲勞性能,尤其是鑄鋼材料部分的疲勞性能存在著較大的冗余,造成節點自重大,浪費材料,增加建造成本。

鑄造缺陷對于用鑄鋼節點的鋼結構力學性能影響

鑄鋼節點外形美觀、造型靈活、過渡光滑,各支管角度可按需選取,對各種復雜形狀適應性好,且鑄鋼節點采用一次性澆注完成,節點整體性能優良,所以特別適用于三維應力狀態下節點和支點等聯接部位,近年來在工程中得到了廣泛的推廣和應用。受鑄造工藝水平的限制及環境因素的影響,鑄鋼節點經常會存在諸如裂紋、粘砂、縮松、氣孔等內部或外部缺陷,缺陷的存在會在一定程度上對鑄鋼節點乃至整體結構的力學性能造成影響。當前對于鑄鋼節點的研究,考慮鑄造缺陷的還很少。此外,當前對鑄鋼件進行質量評定時,關注的是鑄鋼件上缺陷為嚴重的局部區域,而對于鑄鋼件上分布的其他缺陷缺乏必要的關注。此種“以局部考量整體”的評定方法是不全面的,可能會給鑄鋼節點乃至整體結構力學性能的計算和判斷帶來偏差。本文以一含鑄鋼節點的橋梁桁架結構為工程背景,采用數值模擬的方法,探討了鑄造缺陷的存在對于鑄鋼節點及整體桁架結構力學性能的影響,并對現行鑄鋼件質量評級方法的局限性進行了研究,提出了相關建議。