铸钢节点试验

yingfeng201973

在大跨度的钢结构工程中铸钢节点得到广泛应用。会展、机场、高铁车站工程都可以看到铸钢节点的 身影，尤其是现在新建的体育场馆工程更是成了铸钢节点集体登台亮相的大舞台。铸钢节点在大跨度钢结构工程中扮演 了承载主要荷载的重要角色。它的出现让现时的建筑形式更 加丰富多样，也更方便了钢结构工程的施工安装。2008年颁布的《铸钢节点应用技术规程》 是以国内外材料、设计、制作等科研成果为基础的，只规定 了节点承载力的计算公式，对疲劳强度等方面基本没有涉及到。国内现有的研究文献对铸钢节点内力的研究主要是通过 试验研究以及有限元法模拟的方法，因而在具体的建筑工程 建设过程中存在着一些结构安全风险和施工安全风险，大跨度钢结构工程在设计过程中基本都做了屋盖结 构的风动试验、承载力试验或负荷载试验等实验工作，工程 的整体结构安全基本得到保障。但是对钢结构工程中的具体 铸钢节点(铸钢构件)的质量可靠性.则往往要到试生产阶段 才能落实和解决；而要完成某个重要铸钢节点的安装连接， 又是在工程施工的某个阶段的具体部位上解决。这样，铸钢节点无论是工厂生产还是现场安装.都可能存在一些不确 因素和风险。因为铸钢件在工厂的生产是一次浇注成型其物理力学性能和化学成份与热轧、冷轧或锻造的型钢有所不同；在焊接性能上也与同等级强度的型钢有差距。另外,目前国内的铸钢件生产厂家还处于发展过程中,其批量生产的 产品的质量稳定性和可靠性也有待提高；在现场安装过程 中，外部施工条件也不一定能达到理想状态，受制约因素多而复杂极易发生意想不到的风险。因此.《铸钢节点应用 技术规程》中关于节点试验的4.4.1条明确了 "设计或建设方 认为对结构安全至关重要的节点了……铸钢节点与其他构件 采用复杂连接方式的节点宜进行节点试验”的规定。以下是 三个在钢结构工程施工中，监理方通过加强铸钢节点试验的 方法来保证工程质量的例子。

" m' \. L& ?4 k3 {深圳大运中心主体育场钢结构工程原设计中，共采 用140个大型铸钢节点外，并且大量采用了厚壁离心大口径铸钢管。在钢结构工程施工初期,由业 主、设计，监理和钢结构施工总承包方代表组成的考察组. 第一次去考察铸钢件生产厂试生产时了解到,该厂以往检测 合格最大的铸钢管尺寸是巾800x80 mm；并在工厂生产车间 观看到了铸钢管的生产过程。铸钢管是通过一台机器设备一 边注入刚熔炼好的钢水.一边旋转，同时拉拔铸管胎膜的工 艺方式进行生产。其生产过程受到钢水包的大小、钢水注入 速度和数量、设备转动速度和拉拔速度之间的协调性的明显 影响。这让考察组预感到该厂生产工艺和加工能力.要批量 生产本工程巾1400*140 mm的铸钢管,其质量稳定性亟待验 证。因此，监理方在生产厂立即提出”厂方的铸管试生产应 马上按本工程最大直径厚壁管生产”.并明确只有在最大直 径铸管检测符合设计要求后方可正式生产。同时.考虑本工 程工期太紧的因素，建议钢结构工程施工总包单位对离心铸 钢管的生产情况再进行全面的调研,并同步做好替代方案的 准备工作。
6 u' G7 B2 t/ i3 M( y% d考察组第二次去生产厂时.厂方试生产了一批 4> 1000x80 mm的铸钢管；经我监理方见证抽样、取样后 送上海材料研究所进行检测。生产厂精心组织生产的这批 巾1000x80 mm铸钢管经实验检测证明,铸钢管材质内部质量 不稳定，难以达到大批量生产时工程设计所要求的质量；同 时,该批铸钢管内壁积存相当多的冗余钢渣,须机械加工去 除,费用预计也相当大。为此,经几轮专家论证会商讨，确 认该厂现时大直径厚壁铸钢管在短期内难以大批保质保量生 产；如果修修补补勉强使用.则可能给将来埋下安全隐患。 为确保工程的质量和安全，决定采用冷卷管、热压管和锻造 管替代方案。后在业主方精心组织、设计积极配合、施工方 的共同努力下，该钢结构工程既避免了巨大安全风险隐患. 也终于按期完成。
7 ^8 r6 x4 B! l  Q中国轻纺城体育中心体育场钢结构工程的主桁架下弦杆采用铸钢节点和高强合金钢拉杆组合形式。其铸钢节点 由4对肋板组成,节点抗拉设计值3 120 t。为了验证此处销 轴连接中肋板厚度的安全性，需要对该铸钢节点做抗拉强度 试验；而当时委托做试验的浙江大学实验设备的最大拉力 为800 "经有限元分析，该节点的4对肋板间的相互影响很 小.可对每对单片肋板进行张拉试验。因而需要钢结构施工 单位将该铸钢节点分解成单片的肋板供实验。但因工期十分 紧张，施工方认为业主方已圆满完成了整个钢结构屋盖系统 的承载力试验，对是否一定还要做单片肋板试验很犹豫，迟 迟下不了决心。对此.监理方认为本工程是开启式屋盖,主 桁架梁除了要承受恒荷载外，还要承受集中的动荷载,这对 下弦杆中的铸钢节点是严峻的考验，必须万无一失。因此. 监理方积极协助业主、设计方督促施工单位完成了试验必备的铸钢件分解部件工作，并且落实在浙江大学的试验工作。 此后，在浙江大学试验室的大力支持下，分别按单片肋板壁 厚100 mm. 150 mm. 180 mm厚的肋板进行抗拉试验。试验 得出的结论为：180 mm壁厚的肋板对节点塑性影响最小，其 抗拉强度满足设计要求。因而主要部位正式投入该工程使用 的铸钢件的肋板厚度改为180 mm厚,其在钢结构工程完工 卸载时得到充分验证，为工程的结构安全打好了基础。
  i4 H; X& R& m. P1 T7 u（3）杭州奥体中心主体育场的钢结构工程中的主体结构里 设计了一种”埋入式铸钢节点”。该体育场设计了标高36.5 m ~42.5 m,弧长近1 000 m,断面为马鞍型.变截面的混凝土 顶环梁；在此顶环梁上分布有79个埋入式铸钢节点，单件最 重约30 t。该铸钢节点在安装就位时要与下部的四个方向的 斜柱、斜梁及环梁左右两侧的型钢焊接，并且还要与上下左 右不同方向的梁、柱内的钢筋（最多达154根）相焊接后.再 浇筑混凝土。其在实际施工时的困难是可想而知的。但该工 程在混凝土主体工程已进行施工.而钢结构工程还尚未考虑 进行铸钢节点安装连接试验的事项。监理方考虑到”埋入式 铸钢节点”在现场安装就位施工的成败关系到该钢结构工程 的施工成败.也关系到该工程混凝土主体结构施工的成败. 因此向业主建议拟组织专家商讨”埋入式铸钢节点”的安装 连接试验,并将《铸钢节点应用技术规程》提供给了业主作 参考。随后业主采纳了监理方的建议，并由监理方协助业主 组织了相关专家的论证会。经专家会的论证.认为对"埋入 式铸钢节点"进行一次现场样板实验很有必要。
; e8 O3 _0 [  E0 y: I根据专家论证会的意见.业主确定由总包施工方与钢结 构施工单位联合在现场进行"