南通市体育会展中心铸钢支座节点

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1、南通市体育会展中心铸钢支座节点极限承载力非线性有限元分析罗旭斌马军（东南大学土木工程学院，江苏南京210096）摘要：铸钢节点作为一种新型的节点形式，目前已经广泛应用于大跨空间结构中。本文应用有限元软件，对南通市体育会展中心铸钢支座节点进行了深入的研究，分析了铸钢节点在荷载作用下应力的发展、变化过程及节点变形，并通过试验对有限元方法加以验证，在此基础上得出一些有用的结论。关键词：铸钢节点；非线性有限元分析；极限承载力NonlinearFiniteElementAnalysisofUltimateStre

2、ngthofCast-steelBearingJointsinthecenterofExhibitionandSportinNantongLuoXubinMaJun(CollegeofCivilEngineering,SoutheastUniversity,Nanjing210096，China)Abstract:Asoneofthenewestjointtypes,thecast-steeljointsareutilizedwidelyinthelarge-spanspacestructures.In

3、thisarticle,bytheaidoffiniteelementanalysissoftware,authorsparticularlyanalyzethecast-steeljointsinthecenterofExhibitionandSportinNantong.Thedistributionofstressandthejointdeformationareanalyzed,andthefiniteelementmethodisvalidatedwiththoseoftest.Bythen,

4、someusefulconclusionsaresuggested.Keywords:cast-steeljointsnonlinearfiniteelementanalysisultimatestrength1.引言随着空间结构的不断发展，结构的跨度愈来愈大，形式日趋多样。结构中构件与构件之间节点的连接方式和力学性能都日趋复杂，传统的焊接球节点、钢管相贯节点等多种节点形式难以在构造及制作工艺上满足复杂的受力体系。节点构造的好坏，对结构的受力性能、施工工艺、工程造价都有着相当大的影响。因此，具有良好适用

5、性的铸钢节点形式越来越受到工程界的青睐。在国外，铸钢节点已在结构工程中有很多成功实例，国内近来也在一些大型工程中大量使用，如正在建造中的江苏省南通市体育会展中心就大量使用了铸钢支座节点。本文结合该工程对这种类型的铸钢节点进行了深入的有限元分析，研究了铸钢节点在荷载作用下应力的发展、变化过程及节点变形，并通过试验对有限元方法加以验证，在此基础上得出一些有用的结论。2.工程概况5南通市体育会展中心占地4.128×10㎡,总建筑面积达176014㎡，其中体育馆建筑面积33800㎡，可罗旭斌，男，1980年9月

6、生，在读硕士研究生，主要从事巨型、高层、大跨结构领域的学习与研究。马军，男，1961年4月生，东南大学结构工程专业毕业，副教授，硕士生导师，主要从事结构工程的教学与科研工作。1容纳6000名观众的甲级馆；会展中心建筑面积24960㎡，可容纳1000个展位。该体育会展中心是江苏省2006年第16届省运动会的竞赛场馆，是南通市标志性建筑。根据结构中部内力较大而边缘内力较小的特点，南通市体育会展中心钢结构屋盖工程均采用了双向弯曲变截面交叉桁架结构，所采用的变截面桁架中部最高为5m，边缘最低为2m。各榀桁架杆件

7、均采用Q345焊接结构用无缝焊管，结构平面布置图如图1所示。图1南通市体育会展中心结构平面布置图由于本工程为一网壳结构，结构外形特殊、跨度大，最大跨度达264m，这就使某些节点处（尤其是支座处）的杆件截面增大、杆件数量增多、节点构造复杂，采用常规节点均无法满足设计要求，所以在这些节点处采用了铸钢节点连接。本文主要针对受力最大，位于结构中部的分叉柱底铸钢支座节点进行有限元分析并计算了节点的极限承载力。3.铸钢支座节点的有限元分析3.1铸钢支座节点型式和几何尺寸南通市体育会展中心铸钢支座节点的几何形状较为特

8、殊，为多支管相交的形式，在外部造型上有比较多的凹口和突起，在内部也存在截面形状变化比较大的区域，三维轴测图及剖面图如下图所示：图2铸钢支座节点俯视图及加载示意图图3铸钢支座节点三维轴测图图4节点A-A剖面图及几何参数图图5节点B-B剖面图及几何参数23.2铸钢支座节点有限元分析3.2.1铸钢件材料性质铸钢材料按照钢的化学成份分为铸造碳钢和铸造低合金钢。由于铸造碳钢的淬透性与力学性能较差以及对大截面构件无法通过热处理进行强化，因此铸造材料主要