鋼結構技術論文
中國建筑金屬結構協會
建筑鋼結構分會主辦
[摘要]: 武漢火車站鋼結構包括中央站房結構、樓面結構、雨棚結構和附屬結構。中央站房和雨棚結構屋面結構形式為空間雙曲雙拱結構，其中屋面桁架采用了多管相貫節點形式，相貫節點數最多達10個，在國內尚屬于首例，本文詳細分析了該類節點的制作工藝,為此類構件的制造提供了參考和依據。
1 概述
鋼管相貫空間桁架結構相比球節點桁架造型美觀，大方。相貫桁架的大規模使用是從1995年日本大阪關西國際機場建造開始，近年來國內外的一些公共建筑如機場航站樓、航空港、候機樓大廳、展覽館、體育館中均有大量的應用。
武漢火車站多管相貫節點與其它結構的相貫節點又有較大差別：常見桁架結構相貫桿件數量一般不超過8個，同時相貫桿件有明顯的主次桿之分，而以武漢站鋼結構相貫桿件數量在6-10之間，超過8管相貫數量較多，同時相貫相件規格較為接近，無明顯主次之分，制作難度增大許多。
2 加工工藝
2.1 多管相貫節點構造
多管相貫節點構件分別由桁架上弦縱桿、橫桁架牛腿、直腹桿牛腿、斜腹桿牛腿、拉接板、加勁板等組成，如圖1所示：
2.2加工工藝
工藝流程：地基夯實、抄平、防沉降措施、軸線施測、焊接回路布設→布設組裝胎架→垂直運輸設備調校、吊索具分類檢驗、臨時支承作業架布設、點位移植標識，上弦桿吊上胎架進行定位→吊裝定位次桁架牛腿→焊接→探傷→裝配定位直腹桿牛腿垂測核驗→焊接防變形焊序→無損檢驗，確認滿足質量等級→裝配定位斜腹桿牛腿→焊接→探傷→測量、校正→裝配定位拉接板→安裝各加強勁→定位正確后進行自檢互檢→合格后提交專職質檢員進行驗收→驗收合格后進行焊接→焊后進行探傷→系統實施測量、冷調熱矯校正→端部余量裁切，見圖2所示：
3 加載試驗
3.1試驗內容
A、單管拉伸試驗，單管拉伸試驗包括兩個試件：一個為未焊接支管的鋼管拉伸試驗，另一個為焊接支管后鋼管的拉伸試驗，測試并比較兩者的屈服強度、極限強度、伸長率等性能。
B、單平面多管相貫節點試驗：多管相貫節點在設計荷載下的受力性能，包括應力分布、構件變形等方面，通過逐步加載的方式，確定節點的極限承載能力。
3.2試驗對象的選擇
試驗選擇了F軸主拱跨中的相貫節點，該相貫節點支管數目為8根，屬武漢站中較常見的相貫節點形式,見圖3所示。
3.3 加載方法及測試
A、單管拉伸試驗
單管拉伸試驗在臥式拉力試驗機中進行，加載示意圖如圖4，該裝置加載能力為1200t，預計加載極限拉力為650t左右，見圖4所示。
B、單平面相貫節點試驗
單平面相貫節點試驗在剛性反力架中進行，本次試驗采用兩個千斤頂加載，最大加載量為2倍設計荷載值：主管（豎向）千斤頂極限加載壓力為150t左右，腹桿（橫向）千斤頂極限加載壓力為120t左右，如圖5所示：
3.4 加載方式
本次試驗擬采用單調加載方式，結合有限元的分析結果，合理確定每一階段的加載步長。加載順序為：
（1）預加載——取設計荷載的5％左右，用于檢查、測試各相關設備的連接、工作狀態；
（2）彈性加載階段——在模型進入塑性前，加載步長可稍取大一些，比如可取最大彈性荷載的15％左右；
（3）塑性工作階段——模型進入塑性后，荷載步長要縮短，并根據現場情形隨時進行調整，直至模型破壞、加載結束。
3.5 測試內容及方式
根據設計單位的要求并結合有限元分析結果，測試關鍵部位的應力、應變、位移、指定標距范圍內的伸長率；觀察模型的變形態勢。
所有的加載、應變、位移數據由計算機自動采集并進行實時分析。
3.6 試驗結果
試驗結果與計算值比較穩合，相貫節點在1倍的設計荷載下，節點變形較小，材料基本處于彈性狀態；隨著荷載的增加，塑性區逐漸發展；在2倍設計荷載下，節點的水平位移較大，但仍未喪失承載能力。試驗證明該相貫節點在特定加載方式下是安全的，并具有一定的安全儲備，相貫節點的制作滿足設計質量要求。
4 結論
武漢站鋼結構多管相貫節點的制造工藝，填補國內外多管相貫節點無成熟制造工藝的空白，見圖6所示
參考文獻
【1】《鋼結構工程施工質量驗收規范》GB 50205-2001
【2】《建筑鋼結構焊接技術規程》JGJ81-2002
【3】《低合金高強度結構鋼》GB/T1591
作者簡介：王朝陽，中建鋼構有限公司武漢分公司經理。
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