文档介绍：预应力钢结构的结构节点设计
【摘要】预应力钢结构是土木工程中的一颗新星。近年来,预应力钢结构如雨后春笋般出现在世界各地,在国内外得到广泛的应用。本文从分析预应力钢结构的特点出发,对预应力空间钢结构体系进行归类,并以此为基础,探讨不同结构类型的预应力钢结构节点设计的若干问题。最后,结合个人经验对预应力钢结构的发展提出建议。
【关键词】预应力钢结构结构体系节点设计
预应力钢结构的主要特点在于能够充分利用钢材的弹性强度潜力,从而提高结构承载力、改善结构受力状态、节省钢材。相比于传统的预应力钢结构,现代创新结构体系在节省材料方面的表现更加出色,由于大量采用了预应力拉索系而排除了受弯和压弯杆件,加之采用了轻质高强的围护结构,其承重结构体系变得十分轻巧、结构自重成倍或几倍地降低。另一方面,预应力可以提高结构的刚度和稳定性,调整其动力性能。
节点设计是预应力钢结构设计的关键环节,也是发挥其结构功能的关键所在。节点的刚度大小是影响结构是否失效的因、节点可否转动、能否调节等性质是影响结构的整体刚度水平及其预应力水平分布、结构的几何形状、结构在成型态能否顺利完成等方面的重要因素。
预应力网壳结构的节点设计
预应力网壳的一般节点,当杆件采用圆管时,铰接点常常采用螺栓球节点,刚节点多采用焊接空心球节点;当采用型钢截面杆件时,可采用板节点。预应力锚固节点则采用焊接空心球的特制节点。支座节点要适应预应力的施加和符合计算简图的假定。而对于超大跨度预应力网壳结构,结合其特点主要介绍和探讨以下几种节点。
1)螺栓球节点:螺栓球节点受力明确、安装方便、结构不太复杂,又能大批量生产而被广泛应用;2)预应力节点:它是预应力高强钢索施加预应力的锚固节点,是预应力网壳极其关键的要害部分。3)法兰鼓筒节点:按常规设计,巨型结构体系的节点必然“巨型”、“超大”,在高空安装,操作极其困难。但法兰鼓筒节点既具有焊接空心球节点耗材少、重量轻、容易做大的优点,又有螺栓球节点不需现场高空焊接、安装优质快速的特点,变原来的杆件与节点单一螺栓连接为分散处理,避开了新开发超大螺栓的难题;4)橡胶支座节点:橡胶支座不仅承载力高、构造简单以及抗震性能好,而且能适应网壳支座须多向伸缩和转动的要求。
吊挂结构的节点设计
吊挂结构的节点分为拉索上节点和拉索下节点。根据采用的拉索锚具形式不同,对应于冷铸锚采用穿过式锚具,对应于热铸锚一般采用耳板连接方式。由于上节点一般都会有多根索交叉,构造复杂且受力很大,所以一般都采用铸钢节点,下节点则根据节点处钢结构的复杂程度选用铸钢或耳板节点。
张弦梁结构的节点设计
张弦梁结构的主要节点包括:1)支座节点;2)撑杆与下弦拉索节点;3)撑杆与上弦构件节点。以下结合目前已建工程介绍上述三类节点的构造。
1)支座节点:为保证结构的预应力自平衡和释放部分温度应力,张弦梁结构的两端铰支座通常设计成一端固定、一端水平滑动的筒支梁做法。通常张弦梁两端支座都支承于周边构件上,但对于水平滑动支座也有通过下设人字形摇摆柱来实现的做法;2)撑杆与下弦拉索节点:撑杆与下弦拉索之间的节点构造必须严格按照计算分析简图进行设计。对于只存在竖向撑杆的张弦梁结构,其下弦拉过节和撑杆之间必须固定,因此其节点构造应保证将索夹紧,不能滑动;3)撑杆与上弦构件节点:下弦索平面外没有