某钢桁架连桥节点设计及拓展分析
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１一 仅 横 桥 向 侧 向 约 束 ；２一 节 点 １；３一 双 向 滑 动铰 支 座 ； ４一 节 点 ２；５一 固定 铰 支 座 ；６一 单 向滑 动 铰 支 座 ，顺 桥 向 释放 位 移 。
图 １ 钢 桁 架 连 桥 轴 测 示 意
２ 节点 嵌入 式分 析 本 文 采用 嵌 入 法对 节 点 进行 分 析 ，即在对 结 构
１ 工 程 背 景 及 结 构 体 系概 述 某 办公 建 筑 塔 楼 之 间设 置 连桥 连 通 ，该 连 桥 采
用 的是钢 桁 架结构 （图 １），钢 连桥 跨 度 为 ３６ ｍ。钢 连 桥采 用 了 广 义 工 字 桁 架 的 结 构 体 系 ，其 中 广 义 “腹 板 ”由一榀 钢桁 架组 成 ，其 桁 架 上 弦 和下 弦 截 面 为箱 形 断 面 ，其 断 面 尺 寸 为 ４００ ｉｎｎ ×３００ ｎｌｍ Ｘ １０ ｍｍ ｘ １０ ｍｍ；中部斜 腹杆 和 直腹杆 截 面为箱 形 断 面 ，其 断 面 尺 寸 为 ３００ ｍｌＴＩ Ｘ ３００ ｒｎｒｌｌ ｘ １０ ｍｍ ｘ １０ ｍｍ。广 义 “上 翼 缘 ”和 广 义 “下 翼 缘 ”由 面 内桁 架 组成 ；广 义 “上 翼缘 ”和广 义 “下翼 缘 ”的面外 为 满 足 建筑 通透 的效 果 要 求 在 中部 未 设 置 任 何立 杆 ，仅 在 两端 设 置 立 柱 ，截 面 为箱 形 ３００ ｍｍ ｘ ３００ ｍｍ ｘ １０ ｍｍ ｘ １０ ＩＢｍ；其 面 内设 置 斜 撑 截 面 为 ６１５２ Ｘ ８。 广 义工 字桁 架 的结构 除斜 撑 （６１５２ Ｘ ８）为 两端 铰 接 连 接外 ，其余 连 接 均 为 刚接 连 接 。 钢 连桥 中 的广 义 “腹 板 ”桁架 的下 弦一 端 ，采 用 固 定 铰 支 座 ，另 一 端 的顺桥 向释 放平 动 位 移 ，即单 向滑 动 支 座 。钢 连 桥 的 ４ 个 角 点 仅 提 供 竖 向 支 承 。 所 有 钢 材 均 采 用 Ｑ３４５Ｂ。
ａｎｄ ｔｈｅ ｋｅｙ ｊｏｉｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｅｅｌ ｔｒｕ ｓｓ ｗｅｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ，ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ．Ｏｎ ｔｈｉｓ ｂａｓｉｓ，ａｎ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｄｅｓｉｇｎ ｓｃｈｅｍｅ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｋ ＋Ｔ ｊｏｉｎｔ ｏｆ Ｈ—ｂｅａｍ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ，ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｓｏｍｅ ｃｏｍｍｏｎ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅｓ． ＫＥＹ Ｗ ＯＲＤＳ：ｓｔｅｅｌ ｔｒｕｓｓ；Ｋ＋Ｔ ｊｏｉｎｔ；ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｆｏｒ ｊｏｉｎｔｓ；ｅｍｂｅｄｄｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ
ＤＥＳＩＧ Ｎ ＡＮＤ ＥＸ ＰＡ ＮＳＩＯＮ Ａ ＮＡ ＬＹＳＩＳ Ｆｏ Ｒ ＴＨ Ｅ Ｊｏ ＩＮ Ｔ ｏＦ Ａ ＳＴＥＥＬ ＴＲＵ ＳＳ ＢＲ ＩＤＧ Ｅ
Ｚｈｏｕ Ｗ ｅｉｘｉｎｇ Ｓｕｎ Ｗ ｅｎｂｏ 。 Ｗ ａｎｇ Ｊｉａｎｗｅｎ Ｚｈｏｕ Ｗ ｅｉｊｉａｎ （１．Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５ １０６４０，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５ １０６４０，Ｃｈｉｎａ）
广义 “腹 板 ”即 中 间 钢 桁 架 是 该 连 桥 的 主要 受 力体 系 ，固定 铰支 座 处 （节点 １）及 靠 近 固定 铰 支座 处 （节点 ２）的 “Ｋ＋Ｔ”形 节点受 力 最 大 ，是 ຫໍສະໝຸດ Baidu 连 桥 的 关 键 节点 ，为保 证节 点安 全适 用 ，采用 有 限元 软 件对
上述 两处 节点 进行 使用 阶段 承载 能力分 析 。节 点 的 设计 方案 如 图 ２所 示 。
摘 要 ：钢 桁 架 结 构 是 工程 应 用非 常 广泛 的 一 种 结 构 体 系 。 以 实 际 工 程 的钢 桁 架 结 构 为 背 景 ，该 钢 桁 架 结 构 主 要 受 力 构件 采 用 箱 形 截 面 ，对 其 关键 节 点进 行 设 计 、分 析 及 优 化 ，并 在 此基 础 上 拓 展 到 Ｈ 型 钢 构 件 的 “Ｋ ＋Ｔ”形 节 点 设 计 ，提 出 了“Ｋ＋Ｔ”形 节 点 设 计 中存 在 的 问题 和 优 化 方 案 。 关 键 词 ：钢 结 构 桁 架 ；“Ｋ＋Ｔ”形 节 点 ；节 点 有 限 元 分 析 ；嵌 入 法 ＤＯＩ：１０．１３２０６／ｊ．ｇＪｇ２０１６０３０１８
周 伟 星 ，等 ：某 钢 桁 架 连 桥 节 点 设 计 及 拓 展 分 析
某钢桁架连桥 节点设 计及拓展分析
周伟 星 孙 文波 ，。 王剑 文 周伟 坚 （１．华 南 理 工 大 学 建 筑 设 计 研 究 院 ，广州 ５１０６４０；２．华 南 理 工 大 学 土 木 与交 通 学 院 ，广 州 ５１０６４０）
进 行整 体有 限元 分 析 时 ，将 节点 壳 单 元模 型嵌 入 整 体 梁单 元模 型 中 ，在 梁 单 元 与壳 单 元 的连接 部 位 设 置 刚性 连接 构件 以传 递 内力 。嵌 入法 使得节 点有 限 元 模型 的边 界条件 与 实 际情 况 完全 一 致 ，保 证 了分 析结 果 的准确 性 ¨ 。本文 分析 软件 采用 Ｓｔｒａｎｄ ７，
ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｓｔｅｅｌ ｔ￣Ｕ８Ｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ａｎ ａｃｔｕａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｒｏｊｅｅｔ
ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｔｒｕｓｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｔｈｅ ｂｏｘ—ｓｅｃｔｉｏｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｍｅｍｂｅｒｓ ｗａｓ ｍａｉｎｌｙ ｕｓｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｃｈｉｅｆ ｂｅａｒｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｅｅｌ ｔｒｕｓｓ，
图 １ 钢 桁 架 连 桥 轴 测 示 意
２ 节点 嵌入 式分 析 本 文 采用 嵌 入 法对 节 点 进行 分 析 ，即在对 结 构
１ 工 程 背 景 及 结 构 体 系概 述 某 办公 建 筑 塔 楼 之 间设 置 连桥 连 通 ，该 连 桥 采
用 的是钢 桁 架结构 （图 １），钢 连桥 跨 度 为 ３６ ｍ。钢 连 桥采 用 了 广 义 工 字 桁 架 的 结 构 体 系 ，其 中 广 义 “腹 板 ”由一榀 钢桁 架组 成 ，其 桁 架 上 弦 和下 弦 截 面 为箱 形 断 面 ，其 断 面 尺 寸 为 ４００ ｉｎｎ ×３００ ｎｌｍ Ｘ １０ ｍｍ ｘ １０ ｍｍ；中部斜 腹杆 和 直腹杆 截 面为箱 形 断 面 ，其 断 面 尺 寸 为 ３００ ｍｌＴＩ Ｘ ３００ ｒｎｒｌｌ ｘ １０ ｍｍ ｘ １０ ｍｍ。广 义 “上 翼 缘 ”和 广 义 “下 翼 缘 ”由 面 内桁 架 组成 ；广 义 “上 翼缘 ”和广 义 “下翼 缘 ”的面外 为 满 足 建筑 通透 的效 果 要 求 在 中部 未 设 置 任 何立 杆 ，仅 在 两端 设 置 立 柱 ，截 面 为箱 形 ３００ ｍｍ ｘ ３００ ｍｍ ｘ １０ ｍｍ ｘ １０ ＩＢｍ；其 面 内设 置 斜 撑 截 面 为 ６１５２ Ｘ ８。 广 义工 字桁 架 的结构 除斜 撑 （６１５２ Ｘ ８）为 两端 铰 接 连 接外 ，其余 连 接 均 为 刚接 连 接 。 钢 连桥 中 的广 义 “腹 板 ”桁架 的下 弦一 端 ，采 用 固 定 铰 支 座 ，另 一 端 的顺桥 向释 放平 动 位 移 ，即单 向滑 动 支 座 。钢 连 桥 的 ４ 个 角 点 仅 提 供 竖 向 支 承 。 所 有 钢 材 均 采 用 Ｑ３４５Ｂ。
ａｎｄ ｔｈｅ ｋｅｙ ｊｏｉｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｅｅｌ ｔｒｕ ｓｓ ｗｅｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ，ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ．Ｏｎ ｔｈｉｓ ｂａｓｉｓ，ａｎ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｄｅｓｉｇｎ ｓｃｈｅｍｅ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｋ ＋Ｔ ｊｏｉｎｔ ｏｆ Ｈ—ｂｅａｍ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ，ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｓｏｍｅ ｃｏｍｍｏｎ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅｓ． ＫＥＹ Ｗ ＯＲＤＳ：ｓｔｅｅｌ ｔｒｕｓｓ；Ｋ＋Ｔ ｊｏｉｎｔ；ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｆｏｒ ｊｏｉｎｔｓ；ｅｍｂｅｄｄｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ
ＤＥＳＩＧ Ｎ ＡＮＤ ＥＸ ＰＡ ＮＳＩＯＮ Ａ ＮＡ ＬＹＳＩＳ Ｆｏ Ｒ ＴＨ Ｅ Ｊｏ ＩＮ Ｔ ｏＦ Ａ ＳＴＥＥＬ ＴＲＵ ＳＳ ＢＲ ＩＤＧ Ｅ
Ｚｈｏｕ Ｗ ｅｉｘｉｎｇ Ｓｕｎ Ｗ ｅｎｂｏ 。 Ｗ ａｎｇ Ｊｉａｎｗｅｎ Ｚｈｏｕ Ｗ ｅｉｊｉａｎ （１．Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５ １０６４０，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５ １０６４０，Ｃｈｉｎａ）
广义 “腹 板 ”即 中 间 钢 桁 架 是 该 连 桥 的 主要 受 力体 系 ，固定 铰支 座 处 （节点 １）及 靠 近 固定 铰 支座 处 （节点 ２）的 “Ｋ＋Ｔ”形 节点受 力 最 大 ，是 ຫໍສະໝຸດ Baidu 连 桥 的 关 键 节点 ，为保 证节 点安 全适 用 ，采用 有 限元 软 件对
上述 两处 节点 进行 使用 阶段 承载 能力分 析 。节 点 的 设计 方案 如 图 ２所 示 。
摘 要 ：钢 桁 架 结 构 是 工程 应 用非 常 广泛 的 一 种 结 构 体 系 。 以 实 际 工 程 的钢 桁 架 结 构 为 背 景 ，该 钢 桁 架 结 构 主 要 受 力 构件 采 用 箱 形 截 面 ，对 其 关键 节 点进 行 设 计 、分 析 及 优 化 ，并 在 此基 础 上 拓 展 到 Ｈ 型 钢 构 件 的 “Ｋ ＋Ｔ”形 节 点 设 计 ，提 出 了“Ｋ＋Ｔ”形 节 点 设 计 中存 在 的 问题 和 优 化 方 案 。 关 键 词 ：钢 结 构 桁 架 ；“Ｋ＋Ｔ”形 节 点 ；节 点 有 限 元 分 析 ；嵌 入 法 ＤＯＩ：１０．１３２０６／ｊ．ｇＪｇ２０１６０３０１８
周 伟 星 ，等 ：某 钢 桁 架 连 桥 节 点 设 计 及 拓 展 分 析
某钢桁架连桥 节点设 计及拓展分析
周伟 星 孙 文波 ，。 王剑 文 周伟 坚 （１．华 南 理 工 大 学 建 筑 设 计 研 究 院 ，广州 ５１０６４０；２．华 南 理 工 大 学 土 木 与交 通 学 院 ，广 州 ５１０６４０）
进 行整 体有 限元 分 析 时 ，将 节点 壳 单 元模 型嵌 入 整 体 梁单 元模 型 中 ，在 梁 单 元 与壳 单 元 的连接 部 位 设 置 刚性 连接 构件 以传 递 内力 。嵌 入法 使得节 点有 限 元 模型 的边 界条件 与 实 际情 况 完全 一 致 ，保 证 了分 析结 果 的准确 性 ¨ 。本文 分析 软件 采用 Ｓｔｒａｎｄ ７，
ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｓｔｅｅｌ ｔ￣Ｕ８Ｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ａｎ ａｃｔｕａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｒｏｊｅｅｔ
ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｔｒｕｓｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｔｈｅ ｂｏｘ—ｓｅｃｔｉｏｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｍｅｍｂｅｒｓ ｗａｓ ｍａｉｎｌｙ ｕｓｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｃｈｉｅｆ ｂｅａｒｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｅｅｌ ｔｒｕｓｓ，