某工程大型钢桁架节点试验与分析

朱志斌 （安徽省铜陵市西湖新区建设管理委员会，安徽 铜陵 244000）

1 工程概况

试验工程屋面为巨型H型钢桁架，屋面主要桁架平面布置及现场照片详见图 1、2。该工程屋面中 GHJ-7、GHJ-8、GHJ-9钢桁架跨度为32.4m，GHJ-1a、GHJ-3等桁架悬挑长度为8.5m。悬挑端部设置钢吊柱，吊柱外侧安装约9m金属幕墙。因桁架跨度较大及屋面恒载较大、吊装安装难度高，为了解屋面桁架工程整体施工状况，由建设与设计单位提出对桁架重要节点杆件应力及挠度进行监测与分析。

2 监测范围及内容

依据该工程结构受力特征、设计要求及施工质量控制重点，本次检测选择以下内容：①14/F轴、14/K轴桁架节点杆件应变（应力）检测，观测节点处各杆件在屋面恒荷载施工过程中应变（应力） 增量；②GHJ-7、GHJ-8、GHJ-9跨中，GHJ-1、GHJ-2、GHJ-3悬挑端挠度监测，观测在屋面等恒荷载加载过程中各处挠度增量。

3 模型及数值分析

在现场试验前通过MIDAS有限元软件建立钢桁架整体有限元模型，如图3所示。依据图纸和相关文献中荷载等效方法[1～5]建立有限元数值模型。通过模型数值分析得到理论值，为检测点布置位置提供参考。通过数值模拟得到试验荷载作用下屋面桁架整体与局部变形及各杆件应力。试验荷载下桁架变形如图4所示。

4 试验数据分析

按预定检测内容要求，通过布置在14/F轴、14/K轴桁架节点各杆件上下翼缘板的振弦式表面应变计及各观测点挠度测点，得到了桁架在屋面及吊挂幕墙荷载作用下的节点杆件应力及桁架挠度变化值。具体数据详见表1～表2所示。（因节点杆件较多，表2～表4中杆件标注采用所在位置方向进行注释，具体方位详见图5所示）。

桁架跨中挠度实测值与理论值(mm) 表1

节点上弦杆件应力（με） 表2

5 检测结果分析

通过实测数值与理论值对比发现：

①在试验荷载作用下各测点实测挠度值均小于数值模型计算值及规范限值；

②理论分析结构与实测数值一致，数值模型能准确反映工程真实受力状况；

③由实测数据及模型分析结果显示，14/F轴节点因悬挑端荷载产生较大负弯矩值，在东西向杆件（上下弦及腹杆）产生较大应力，南北向杆件应力较小；

④14/K轴节点杆件因K～1/Q轴32.4m跨桁架在屋面恒载作用下产生较大剪力与弯矩，致使节点处各杆件应力均大于14/F轴节点杆件应力。

节点下弦杆件应力（με） 表3

节点腹杆件应力（με） 表4

6 结 语

本文未能对钢桁架设计与研究做出细致分析，但数值分析与现场实测数据有较高的吻合，进一步验证了有限元分析方法的合理性，为今后类似工程的设计与研究提供经验参考。

[1]腾菲.天津图书馆主体钢结构分析及重要节点研究[D].天津：天津大学，2011.

[2]司景龙.某大剧院结构工程设计与分析[D].重庆：重庆大学，2013.

[3]芮明倬,刘明国,汪大绥，等.国家图书馆二期工程巨型钢桁架结构设计[J].建筑结构,2007(3).

[4]GB50017-2012，钢结构设计规范[S].北京：中国计划出版社，2012.

[5]张韬.某大型复杂结构施工控制研究[D].广州：华南理工大学，2013.