[00364648]重庆江北机场新航站楼工程大型铸钢节点性能研究

项目简介：重庆江北国际机场新航站楼是由四榀箱形截面主桁架组成。主桁架跨度90m，间距为45m，总平面尺寸为117m×171m。次桁架均为圆管桁架组成。主桁架支座选用了大型的铸钢节点，桁架两支座一端为四肢柱铸钢节点(重为11.7t)，另一端为两肢柱铸钢节点(重为5.3t)，四肢柱和两肢柱底部为球形铸钢节点铰支座(各重为1.2t)。以往的相关试验研究几乎都是实验室模型试验，受缩尺效应和实验室与建设现场条件差异等影响，其结果不一定准确反映结构实际工作状况。依托重庆江北国际机场新航站楼工程建设，进行的主桁架铸钢节点受力性能建设现场跟踪测试(按施工进程对结构体系加载的五种工况组合)，所得数据比实验室模型试验更接近真实情况。借助有限元软件ANSYS通过PRO/E手段建模对铸钢节点进行了弹性有限元分析，获得不同形式的铸钢节点在不同工况组合下各部分的应力应变分布，了解其受力性能，与现场实测成果对比并相互印证。此外，模拟铸钢节点在允许缺陷模态下受力特征，分析推断铸钢节点带缺陷工作内部应力分布状况，据此掌握由于缺陷存在对设计计算精度的影响。在试验和有限元分析基础上，给出铸钢节点的设计强度取值和强度设计判别式建议。除了用于重庆江北机场新航站楼建设的设计安全度控制，对于指导同类铸钢节点工程应用也有参考价值。综合了数值模拟技术与国际先进的结构可靠性理论，编制APDL语言程序实现铸钢节点的参数化建模，通过有限元统计分析PDS模块，采用基于概率理论的响应面法对铸钢节点实体实现了可靠性计算分析。可靠性分析的结论成为从另一个角度论证现场测试及理论计算结果的支撑。发现、发明及创新点：(一)铸钢节点渐进式实时监测：以往的同类相关试验研究几乎都是实验室模型试验，受缩尺效应和实验室与建设现场条件差异等影响，其结果不一定准确反映结构实际工作状况。依托重庆江北国际机场新航站楼工程建设，进行的主桁架大型铸钢节点受力性能建设现场跟踪测试(按施工进程给结构体系加载的五种工况组合分别实施)，无须额外制造试件，不对建筑结构带来任何损伤，也不影响建设进度，既可以节省大部分实验室试验成本费用，而且试验所得数据比实验室模型试验更接近真实情况。(二)铸钢节点允许缺陷模态下工作性能分析：借助有限元软件ANSYS通过PRO/E手段建模对铸钢节点进行了弹性有限元分析，获得不同形式的铸钢节点在不同工况组合下各部分的应力应变分布，了解其受力性能，与现场实测成果对比并相互印证。此外，模拟铸钢节点在允许缺陷模态下受力特征，分析推断铸钢节点带缺陷工作内部应力分布状况，据此掌握由于缺陷存在对设计计算精度的影响。在试验和有限元分析基础上，给出铸钢节点的设计强度取值和强度设计判别式建议。除了用于重庆江北机场新航站楼建设的设计安全度控制，对于指导同类铸钢节点工程设计与应用也有重要参考价值。(三)基于数值模拟技术的铸钢节点可靠性研究：综合了数值模拟技术与国际先进的结构可靠性理论，编制APDL语言程序实现铸钢节点的参数化建模，通过有限元统计分析PDS模块，采用基于概率理论的响应面法对铸钢节点实体实现了可靠性计算分析。可靠性分析的结论成为从另一个角度把握现场测试及理论计算结果的有力支撑。效益分析：(一)直接经济效益：1)因为现场检测，不破坏节点，节省足尺试验试件费用：6个试件×每个平均质量6t×每吨造价1.5万元=54万元；2)缺陷模态分析和现场检测节省费用按整个工程所有铸钢节点造价的10％计算：284个节点×每个平均质量6t×每吨造价1.5万元×10％=255.6万元。合计：309.6万元；间接经济效益：按近五年建设类似大跨度公共建筑中有10个采用该课题研究成果，将带来间接经济效益3000余万元。(二)社会效益：铸钢节点由于其优越的特点越来越得到广泛应用，但国内对铸钢节点的研究了解还不够充分，为适应该种节点的应用发展趋势，近期国内正在编制有关建筑结构铸钢节点的技术规程并开始广泛征求各方的意见，届时铸钢节点的设计、铸造及施工将有据可依。课题组结合重大工程建设项目对铸钢节点进行理论分析与试验研究，研究成果除了用于该项目设计安全度控制，对于指导同类铸钢节点工程设计与应用也有重要参考价值，研究结论成为从另一个角度把握测试及理论计算结果的有力支撑。这必将进一步促进铸钢节点在建筑结构领域的开发、研究及应用。