在现代建筑中,钢结构铸钢节点得到广泛应用,诸如体育馆、厂房、展览馆、宾馆等建筑都越来越多的用到钢结构。节点是指建筑钢结构中钢管交汇的地方,其对整个钢结构的力学性能、工程造价、施工难易程度等有重要影响。随着建筑行业的快速发展,钢结构的形式变得多种多样,跨幅也越来越大。钢结构的多样化对节点的性能要求越来越高,传统节点如:焊接球节点、焊接钢板节点、钢管相贯节点等,很难适应现代钢结构的要求。寻求一种合理、实用的节点制作方式成为亟待解决的问题。近年来随着铸造技术的进步,铸钢节点以其结构合理、成本低廉、施工方便等优势而日益受到关注。

现代建筑中铸钢节点得到广泛应用

随着铸造工艺水平的提高,铸钢节点在现代空间结构中表现出造型优美、受力明确、传力直接、承载安全等特点,越来越受到工程界的青睐。特别是在构件体型大、多根杆件交汇复杂、呈不规则状的相交节点处,若采用常规的节点焊接方式,由于焊缝过于集中必然导致焊接应力过大,且复杂的相贯线给节点的制作也造成了很大困难。

铸钢节点以其良好的适用性及其独特的整体浇铸特点,免去了相贯线切割及重叠焊缝的应力集中问题。铸钢节点材料化学成分严格限制了C、S、P的含量,具有良好的塑性和韧性,抗震性能较常规的焊接节点有显著提高。因其特有的性能,铸钢节点已被广泛运用于桥梁、剧院、体育馆等大跨度结构中。

目前,国内关于铸钢节点的理论研究和力学分析尚处于起步阶段。“如何判别铸钢节点的破坏失效”以及“铸钢节点进入塑性屈服后的工作状态和破坏机理”是现阶段铸钢节点研究的主要问题。采用畸变能密度准则作为铸钢节点的强度判别准则,分析了节点处于线弹性状态下的工作性能;采用理想弹塑性本构模型对铸钢节点进行非线性有限元分析,未考虑铸钢材料塑性变形时强度与刚度提高的特性。

铸钢节点比焊接节点有诸多优势。整体浇铸可以避免相贯线切割以及重叠焊缝焊接,可以有效减少应力集中系数;铸钢节点设计自由度大,具有良好的适应性,可以根据建筑需要设计出截面形状,从而改善节点的应力分布;使用范围广,可用于结构中部,也可用于结构底座;整体浇铸壁厚较大,整体性能好,具有良好的疲劳和耐腐蚀性能。虽然铸钢节点的形状千差万别,但根据铸钢节点的内部结构可分为:实心、半实心半空心、空心3类节点。