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開封穹頂單層網(wǎng)殼鋼結(jié)構(gòu)雙盆式橡膠支座轉(zhuǎn)動(dòng)受力技術(shù)研究

隨著時(shí)代的發(fā)展，建筑業(yè)的發(fā)展也緊隨時(shí)代的腳步向前邁進(jìn)，一些大體量大空間的結(jié)構(gòu)接踵而至，特別是一些大的商場(chǎng)、車站、機(jī)場(chǎng)等為了滿足廣大人民的使用方便和美觀要求，給結(jié)構(gòu)空間和跨度更提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，隨著最近鋼結(jié)構(gòu)工程的不斷興起，解決了一些要求跨度大和空間廣的工程難題，但是鋼結(jié)構(gòu)工程受溫度變形和外界各種荷載的影響特別大，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)支撐體系提出嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，本技術(shù)主要針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)雙支座體系的受力性能和轉(zhuǎn)動(dòng)性能進(jìn)行研究和探討。　　　關(guān)鍵詞： 鋼結(jié)構(gòu)雙支座轉(zhuǎn)動(dòng)受力

　　京津城際延伸線于家堡站站房工程位于濱海新區(qū)于家堡中心商務(wù)區(qū)北段，是京津城際鐵路延伸線終點(diǎn)站，屋面采用雙螺旋單層網(wǎng)殼屋面施工技術(shù)施工，整個(gè)站房工程施工難度大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，特別是雙螺旋單層網(wǎng)殼屋面，穹頂鋼結(jié)構(gòu)為大跨度空間復(fù)雜曲線單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，穹頂縱向跨度約142m，橫向跨度約80m，矢高約24m，受力桿件為曲線變截面鋼箱梁組成的空間曲線構(gòu)件，整個(gè)單層曲線網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)由36根順時(shí)針和36根逆時(shí)針鋼箱梁相互交叉編織形成，支座體系為雙支座體系。該單層網(wǎng)殼鋼結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)新穎，結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，為缺陷性敏感的單層網(wǎng)殼體系，經(jīng)國(guó)際、國(guó)內(nèi)科技查新，國(guó)內(nèi)外沒有同體量同復(fù)雜程度的單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，因此為了拓展在大跨度、大空間、結(jié)構(gòu)復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的技術(shù)水平，本次研究將依托本鋼結(jié)構(gòu)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)雙支座轉(zhuǎn)動(dòng)性能和受力性能進(jìn)行研究。

研究對(duì)象

　　于家堡站房工程共設(shè)計(jì)36個(gè)支座承擔(dān)整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)的豎向荷載和水平推力，其中31個(gè)雙支座，5個(gè)單支座，共計(jì)67個(gè)支座。設(shè)計(jì)豎向承載力分6級(jí)：4000,5000,7000,8000,12500,15000kN。雙向活動(dòng)，沿環(huán)梁切向位移±50mm，沿環(huán)梁法向或豎向位移±20mm，支座設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)角0.03rad，其中受力最大的為R19節(jié)點(diǎn)，水平推力為15000KN，豎向壓力為4000KN。本次研究對(duì)象為R19 號(hào)節(jié)點(diǎn)支座的縮尺模型，型號(hào)為QZ-1000-SX 和QZ-250-SX，數(shù)量為2 臺(tái)，

研究設(shè)備選擇

　　根據(jù)研究要求，選用YJW-5000 型微機(jī)控制電液伺服壓剪試驗(yàn)機(jī)其主要性能指標(biāo)：豎向最大試驗(yàn)力：5000 kN，豎向最大行程：80mm轉(zhuǎn)角最大試驗(yàn)力：300kN，試驗(yàn)機(jī)精度：1 級(jí)

研究目的和方法

1. 研究目的

　　檢測(cè)整個(gè)節(jié)點(diǎn)模型支座分別在豎向設(shè)計(jì)荷載和超載作用下是否可產(chǎn)生0.02rad 的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，并且轉(zhuǎn)動(dòng)力矩小于標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　(1)設(shè)計(jì)豎向荷載狀態(tài)下，(豎向設(shè)計(jì)荷載1030 kN)雙支座及工裝的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩為：MΘ=F1·μ·R1+ F2·μ·R1+ FG·μ·R2=1000x0.03x170+250x0.03x170+1030x0.03x85=9001.5kN·mm≈9 kN·m

　　(2)超載狀態(tài)下(預(yù)設(shè)超載至1200 kN)，雙支座及工裝的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩為：MΘ=F1·μ·R1+ F2·μ·R1+ FG·μ·R2=1164x0.03x170+291x0.03x170+1200x0.03x85=10480.5kN·mm≈10 kN·m式中：MΘ——轉(zhuǎn)動(dòng)力矩(kN·mm);F1—QZ-1000-SX 支座超載下豎向承載力(kN);F2—QZ-250-SX 支座超載下豎向承載力(kN);

　　FG—工裝轉(zhuǎn)動(dòng)副超載下承載力(kN);μ—轉(zhuǎn)動(dòng)副間的摩擦系數(shù);R1—支座鋼襯板的球面半徑(mm);R2—工裝轉(zhuǎn)動(dòng)副的球面半徑(mm);

2. 研究方法

　　2.1 正常加載測(cè)試

　　a) 將試樣按圖1 置于試驗(yàn)機(jī)的承載板上，試樣中心與承載板中心位置對(duì)準(zhǔn)，精度小于試驗(yàn)技術(shù)要求。

　　b) 豎向加載，將試驗(yàn)機(jī)以連續(xù)均勻的速度加至豎向設(shè)計(jì)荷載1030kN，穩(wěn)壓5min，根據(jù)圖2所示的分力關(guān)系，兩支座所承受荷載分別達(dá)到其設(shè)計(jì)值1000kN和250kN，并在整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)試驗(yàn)過程中保持不變。

　　c) 轉(zhuǎn)動(dòng)加載，用千斤頂以5kN/min的速率施加轉(zhuǎn)動(dòng)力，直至支座發(fā)生0.02rad轉(zhuǎn)動(dòng)后千斤頂卸載，記錄支座發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)千斤頂?shù)淖畲蠛奢d。

　　d) 支座實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩為MΘ=PxL。

　　e) 試驗(yàn)機(jī)卸載。

2.2 超載測(cè)試

　　a) 將試樣按圖1置于試驗(yàn)機(jī)的承載板上，試樣中心與承載板中心位置對(duì)準(zhǔn)，精度小于試驗(yàn)技術(shù)要求。

　　b) 豎向加載，將試驗(yàn)機(jī)以連續(xù)均勻的速度加至預(yù)設(shè)超載值至1200kN，穩(wěn)壓5min，根據(jù)圖示3的分力關(guān)系兩支座所受承載力分別達(dá)到其荷載1164kN和291kN，并在整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)試驗(yàn)過程中保持不變。

　　c) 轉(zhuǎn)動(dòng)加載，用千斤頂以5kN/min的速率施加轉(zhuǎn)動(dòng)力，直至支座發(fā)生0.02rad轉(zhuǎn)動(dòng)后千斤頂卸載，記錄支座發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)千斤頂?shù)淖畲蠛奢d。

　　d) 支座實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩為MΘ=PxL。

　　e) 試驗(yàn)機(jī)卸載。

五、 研究測(cè)試結(jié)論

　　1. 正常加載測(cè)試結(jié)果

　　a) 雙支座在設(shè)計(jì)荷載作用下轉(zhuǎn)動(dòng)位移達(dá) 11mm，試驗(yàn)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力臂為550mm，通過換算得出，雙支座可以實(shí)現(xiàn)0.02rad 的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，轉(zhuǎn)動(dòng)過程中無卡滯、變形等現(xiàn)象產(chǎn)生，滿足設(shè)計(jì)要求;

　　b)雙支座的最大轉(zhuǎn)動(dòng)荷載為 8.3kN，試驗(yàn)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力臂為550mm，試驗(yàn)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩為4.565k N·m，小于標(biāo)準(zhǔn)值9 kN·m，滿足設(shè)計(jì)要求;

　　c) 試驗(yàn)過程曲線

　　2. 超載測(cè)試結(jié)果

　　a) 雙支座在設(shè)計(jì)承載力作用下轉(zhuǎn)動(dòng)位移達(dá) 11mm，試驗(yàn)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力臂為550mm，通過換算得出，雙支座可以實(shí)現(xiàn)0.02rad 的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，轉(zhuǎn)動(dòng)過程中無卡滯、變形等現(xiàn)象產(chǎn)生，滿足設(shè)計(jì)要求;

　　b)雙支座的最大轉(zhuǎn)動(dòng)荷載為 13.3kN，試驗(yàn)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力臂為550mm，試驗(yàn)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩為7.315k N·m，小于標(biāo)準(zhǔn)值10 kN·m，滿足設(shè)計(jì)要求;

　　c) 試驗(yàn)過程曲線

六、結(jié)束語

　　通過對(duì)穹頂鋼結(jié)構(gòu)的雙支座在正常加載測(cè)試和超載加載測(cè)試條件下的受力性能和轉(zhuǎn)動(dòng)性能的試驗(yàn)研究，雙支座的受力性能和轉(zhuǎn)動(dòng)性能完全能夠滿足本穹頂鋼結(jié)構(gòu)后期的整體受力要求，以及后期穹頂鋼結(jié)構(gòu)受外界溫度變化和其他額外荷載情況下的轉(zhuǎn)動(dòng)和變形，為后期類似工程積累相應(yīng)的研究數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，解決了國(guó)內(nèi)首個(gè)單層網(wǎng)殼鋼結(jié)構(gòu)雙支座支撐體系技術(shù)難題。