建筑工程中鋼管節(jié)點有哪些種類對應(yīng)作用是什么

  鋼管節(jié)點是指所連接的構(gòu)件中至少有一根為鋼管截面的節(jié)點。根據(jù)應(yīng)用場合的不同，有相貫節(jié)點、法蘭節(jié)點、框架節(jié)點等。相貫節(jié)點是鋼管結(jié)構(gòu)中最具代表性的節(jié)點形式，主要用于桁架、拱架、塔架和網(wǎng)殼等結(jié)構(gòu)。浙江至德鋼業(yè)有限公司中已對2002年以前的相貫節(jié)點研究狀況和重要成果進(jìn)行了集中闡述，文中重點評述了近15年中鋼管相貫節(jié)點研究的新進(jìn)展、基于構(gòu)型和材料的新發(fā)展以及未來鋼管節(jié)點研究和應(yīng)用的發(fā)展趨勢。

  相貫節(jié)點近15年的研究進(jìn)展主要體現(xiàn)在以下3個方面:傳統(tǒng)型式相貫節(jié)點的靜力性能研究中未被充分關(guān)注和解決的重要問題得以解決，為相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的制定和完善提供依據(jù)，相貫節(jié)點高周疲勞設(shè)計方法和在地震引起的低周循環(huán)荷載作用下的彈塑性滯回性能得以研究，以保障鋼管結(jié)構(gòu)在風(fēng)、浪作用等疲勞控制設(shè)計場合以及在高地震烈度區(qū)應(yīng)用的安全性，相貫節(jié)點基于構(gòu)型和材料的形式拓展得以提出，滿足現(xiàn)有工程要求和未來一段時期內(nèi)工程應(yīng)用可能性提出的新需求。

  傳統(tǒng)相貫節(jié)點靜力性能研究可概括為承載力和剛度兩個方面。由于鋼管桁架在實際工程中的大量應(yīng)用，且在這些結(jié)構(gòu)中與相貫節(jié)點連接的支管主要承受軸力作用，因而其靜力承載力得到廣泛關(guān)注，無論是圓管節(jié)點還是方矩形管節(jié)點都積累了大量的試驗和理論研究成果，并以設(shè)計指南的形式得以呈現(xiàn)，同時也構(gòu)成了CIDECT設(shè)計指南、歐洲鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范以及我國GB 50017—2003《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中有關(guān)條文規(guī)定的基礎(chǔ)。此后伴隨著相貫節(jié)點在單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、大跨度重載結(jié)構(gòu)、海洋石油平臺等大型復(fù)雜工程中的拓展應(yīng)用，研究人員重點圍繞厚壁節(jié)點承載力、搭接節(jié)點軸向承載力、節(jié)點柔性、節(jié)點受彎承載力、節(jié)點延性斷裂與焊縫承載力、加強(qiáng)型節(jié)點與大尺度多支管空間匯交及曲率變化節(jié)點的承載性能等之前未能完全解決的重要問題開展研究，進(jìn)而在2012年形成了相對較為完備的設(shè)計指南第3版和ISO設(shè)計指南。同期，我國也基于上述研究成果先后制定了CECS 280:2010《鋼管結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》和近期頒布實施的GB 50017—2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》中有關(guān)鋼管連接節(jié)點的設(shè)計規(guī)定。

  厚壁節(jié)點承載力海洋石油鉆井平臺的主承重構(gòu)件大多采用厚壁圓鋼管(徑厚比2γ＜10)，以保證足夠承載力的同時減小環(huán)境作用力的影響。然而在2007年之前的設(shè)計規(guī)程或指南中，以往基于環(huán)模型推導(dǎo)確定的相貫節(jié)點承載力計算公式的適用范圍均限定為2γ＞20。為此，開展了厚壁圓管X形相貫節(jié)點的試驗和數(shù)值分析研究，采用塑性極限荷載準(zhǔn)則替代薄壁鋼管節(jié)點適用的Lu限值進(jìn)行極限承載能力評價，發(fā)現(xiàn)β(β為支管與主管的直徑比)較大時厚壁圓管節(jié)點承載力對β取值不敏感這一重要結(jié)論，進(jìn)而揭示出該結(jié)論的物理原因是厚壁圓管節(jié)點傳力機(jī)制表現(xiàn)出顯著的膜行為。進(jìn)一步研究了桿件夾角和主管應(yīng)力水平對厚壁X形節(jié)點的影響，指出當(dāng)β較大且支管與主管的夾角θ較小時，主管受剪會降低節(jié)點承載力。此后，相繼研究了邊界條件和主管應(yīng)力對厚壁K形節(jié)點軸向承載力的影響，進(jìn)而提出了基于塑性極限荷載準(zhǔn)則的節(jié)點承載力預(yù)測公式。

  根據(jù)相鄰支管在主管相貫面上的相對位置，多支管相貫節(jié)點可分為間隙節(jié)點與搭接節(jié)點。搭接相貫節(jié)點是一種在鋼管桁架結(jié)構(gòu)中常見的節(jié)點形式，其受力性能與間隙節(jié)點有很大區(qū)別。從施工過程看，K形搭接節(jié)點中的各桿件先以點焊方式定位后，再沿桿端連續(xù)施焊，因而節(jié)點中貫通支管與主管間的內(nèi)隱蔽部分難以焊接。這是國內(nèi)外眾多大跨度鋼管結(jié)構(gòu)普遍存在的問題。但是內(nèi)隱蔽部分不焊接的搭接節(jié)點極限承載性能在以往尚未有過系統(tǒng)的研究，相貫線處焊腳尺寸、拉壓支管的搭接順序以及節(jié)點處集中荷載(外力)對承載力的影響也鮮見系統(tǒng)的研究成果報道。GB 50017—2003《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中將支管部分搭接的K形節(jié)點一律視為零間隙節(jié)點來考慮，不能全面反映搭接率、幾何參數(shù)、內(nèi)隱蔽部分焊接與否、搭接順序和節(jié)點處是否有集中荷載作用等的影響。通過數(shù)值模擬方法開展內(nèi)隱蔽部分不焊接和搭接順序變換對節(jié)點承載力的影響研究。基于非線性有限元分析研究了K形圓管搭接節(jié)點的3種破壞模式，識別了不同破壞模式對應(yīng)的參數(shù)區(qū)域，指出當(dāng)支管壁厚較大且搭接率較大時，搭接節(jié)點的受力性能明顯優(yōu)于相應(yīng)的間隙節(jié)點，按規(guī)范承載力公式計算的結(jié)果比較保守。針對海洋工程結(jié)構(gòu)中采用的不同搭接率的K形矩管搭接節(jié)點進(jìn)行研究后提出了設(shè)計公式。以K形和KT形搭接節(jié)點為對象進(jìn)行了考慮內(nèi)隱蔽部分焊接與否及其搭接順序的對比試驗研究，指出K形節(jié)點貫通支管受壓時內(nèi)隱蔽部分焊接與否對節(jié)點承載力影響較小;當(dāng)支管與主管的壁厚相對值變小后，由于傳力不均勻?qū)е碌闹Ч芫植科茐膶⒊蔀橹饕茐哪Ｊ?，而這一因素和所導(dǎo)致的承載力降低在既有的規(guī)范公式中尚未見反映。KT形節(jié)點隱蔽部分未焊接較隱蔽部分焊接的節(jié)點承載力有一定降低;受壓斜支管作為貫通支管較直支管作為貫通支管的承載力略有降低。K形節(jié)點內(nèi)隱蔽部分未焊接對貫通支管受拉的節(jié)點承載力影響很大，KT形搭接節(jié)點承載力大于相應(yīng)的KT形和N形零間隙節(jié)點承載力。則針對完全搭接圓管節(jié)點提出了一種統(tǒng)一設(shè)計方法。基于上海旗忠網(wǎng)球中心的建設(shè)需求，分別以更為復(fù)雜的空間KT形和KK形搭接節(jié)點為對象進(jìn)行了試驗研究和有限元分析，引入空間調(diào)整系數(shù)和腹桿軸力比影響系數(shù)來考慮空間參數(shù)和各腹桿軸力相對變化對平面內(nèi)外均搭接的空間圓管相貫節(jié)點承載力的影響，并提出了規(guī)范計算公式的修正建議。根據(jù)搭接節(jié)點與間隙節(jié)點控制破壞模式的區(qū)別，提出了適用于搭接節(jié)點的計算公式;針對不同施工工藝對平面內(nèi)外均搭接的圓管空間KK形節(jié)點的靜力性能進(jìn)行了試驗研究，重點考察了另外設(shè)置縱向與橫向插板的影響。