管桁架弦杆相贯顺序对节点承载力的影响:管桁架相贯
时间：2019-04-18 03:31:06 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：以某工程为例，对纵横向管桁架弦杆相交的节点根据弦杆不同的相贯顺序做了有限元分析，结合《钢结构设计规范》（GB50017-2003）中对钢管结构节点承载力的要求，得出纵横向管桁架弦杆相交时相贯顺序不同，则节点承载力不同。
关键词：钢管结构施工节点承载力相贯顺序
Abstract: Take some project as the example, made the finite element analysis to the intersecting node of truss chord on vertical and horizontal truss which intersected according to different Intersecting order of truss chord，unified the request on the joint capacity of the steel tube structureaccording to "Steel structure Design Code"（GB50017-2003）, obtainedthe joint capacity is different when vertical and horizontal truss chord intersect according to different intersecting order of truss chord.
中图分类号：TU391文献标识码：A文章编号：
管桁架结构传力体系明确，结构整体性能好，广泛采用光滑焊接的相贯节点，刚度大且外表美观，被业主、设计院等相关各界广泛应用。在此，以某工程为例，对纵横向管桁架弦杆相交的节点根据弦杆不同的相贯顺序做有限元分析，结合《钢结构设计规范》（GB50017-2003）中对钢管结构节点承载力的要求，得出纵横向管桁架弦杆相交时相贯顺序不同，则节点承载力不同。以便在设计和施工过程中对技术工程师起到一个借鉴作用，选取合理的设计及施工方案。
1、结构内力分析
1.1工程概况：
工程位于浙江省杭州市萧山区，屋面的建筑平面纵向长度为44米，横向长度为30米，结构采用桁架结构，桁架高为2.2米，横向桁架的一端采用作用在钢砼柱上的简支支座，另一端采用作用在钢砼柱上延横向滑动的滑动支座，纵向桁架采用作用在钢砼柱上的简支支座。
屋面恒荷载标准值为1.8kN/m2,活荷载标准值为3.0 kN/m2,基本风压为0.45 kN/m2,基本雪压为0.45 kN/m2，抗震设防烈度为6度（第一组）。
纵、横向桁架的弦杆均选用φ219x10的无缝钢管，材质为Q345-B；腹杆选用108x5 和89x5的无缝钢管,材质为Q345-B。
2.1计算简图（见图 1）：
图 1 计算简图
2.2 内力分析
采用结构分析软件SAP2000分析得出轴力图、应力图，分别见图2、图3：
图 2 轴力图
图3 应力图
根据轴力图和应力图的数据分析得出，在结构平面的中间区域，横向桁架的弦杆轴向力较大，在结构平面的纵向边缘区域，纵向桁架弦杆轴向力较大。根据受力情况选用不同区域的两个下弦节点做有限元分析，节点位置见图1：
2.节点分析
不同截面、不同厚度的弦杆相贯顺序应按《钢结构设计规范》（GB50017-2003）中主管、支管相交的构造要求区分相贯顺序，此处，纵、横向桁架的弦杆均选用219x10 的无缝钢管，相贯的杆件截面相同，难以确定两个方向弦杆相贯的顺序，于此结合《钢结构设计规范》（GB50017-2003）中对钢管结构弦杆相贯节点处支管承载力的要求，分别对图1中的节点一、节点二进行分析，通过分析对比得出，在制作及施工过程中要根据纵、横向桁架的弦杆在按不同的相贯顺序相贯时节点处支管承载力的大小选择最佳的弦杆相贯顺序。
2.1节点一的分析
根据轴力图可知，横向桁架的弦杆受拉，节点两侧的拉应力比分别为0.115、0.093，纵向桁架的弦杆受压，节点两侧的压应力比分别为0.651、0.756，根据2.1.1、2.1.2两种情况对相贯节点处支管的承载力进行分析和对比，见节点一应力比图（图4）：
图4节点一应力比图
2.1.1 将纵向桁架弦杆作为支管相贯到横向桁架弦杆上，即横向桁架的弦杆为主管，纵向桁架的弦杆为支管。
2.1.1.1对支管受压，主管受拉的 X 型节点，根据《钢结构设计规范》按下列公式（2.1.1.1-1）计算支管在管节点处的承载力：
（2.1.1.1-1）
式中￣参数， ，当节点两侧或一侧主管受拉时，则取 。 -支管外径与主管外径之比；θ-支管轴线与主管轴线之夹角
￣主管钢材的抗拉、抗压和抗弯强度设计值；
￣主管钢材的屈服强度；
￣节点两侧主管轴心压应力的较小绝对值。
主管均受拉力作用时， ， ，
式中 ￣主管截面面积， ￣主管外径， ￣主管壁厚。
由此可得，纵向桁架的弦杆（支管）应力比不应大于0.437，但是根据结构分析得到的纵向桁架的弦杆应力比分别为0.651、0.758，故2.1.1中的情况不满足规范要求。
2.1.1.2有限元分析节点处支管的受力情况
ANSYS分析，在支管上施加 0.651x =0.651x310=201.8(MPa)的
0.758x =0.758x310=235.0， 考虑材料的塑性发展：计算分析结果如图5：
图 5 Mises 应力云图
由分析结果得：
1） 部分节点区域进入塑性发展阶段；
2） 相贯口应力并非均匀分布，节点部分区域超出钢材承载能力，已破坏；不满足节点承载力要求。
2.1.2将横向桁架弦杆作为支管相贯到纵向桁架弦杆上，即保持纵向桁架的整体性，将横向桁架作为次桁架相贯在横向桁架上；
2.1.2.1支管受拉，主管受压，支管受拉 X 型节点，根据《钢结构设计规范》按下列公式（2.1.2.1-1）计算支管在管节点处的承载力：
（2.1.2.1-1）
主管均受压作用 = 0.678
10.3.3-2
横向弦杆应力比应小于0.415，节点一横向弦杆应力比分别为0.115、0.093，小于规范承载力限值。
2.1.2.2有限元分析节点承载力
ANSYS分析，在支管施加 0.651x =0.115x310=35.7
0.758x =0.093x310=28.8考虑材料的塑性发展，计算分析结果如图6:
图 6 Mises 应力云图
由分析结果得：
1）部分区域未进入塑性发展阶段；
2）相贯口应力并非均匀分布，应力集中区域内力未超出钢材屈服应力；满足节点承载力要求。
经比较，节点一宜采用2.1.2的方案，保持纵向桁架整体性，将横向桁架作为此桁架相贯到纵向桁架上。
