接头偏移对弧形管桁架结构受力性能的影响研究

作者：刘佳辰; 龚景海

来源：钢结构(中英文), 2021, 36(12): 15-22.

DOI：10.13206/j.gjgs20121301

• 接头偏移
• 管桁架结构
• 受力性能
• 偏移量
• 弧段曲率

在空间管桁架结构中，施工时为避免弦杆杆件连接接头与腹杆的相贯节点重合导致焊缝集中，常采用将弦杆接头按需要进行偏移的施工方法。当结构中存在不同曲率的弧段时，接头偏移将导致结构局部发生改变，与设计模型产生偏差，且会影响变曲率弧形管桁架的受力性能。为探究接头偏移对弧形管桁架结构受力性能的具体影响，选择实际工程项目模型，按照常用施工方案对弦杆接头部分进行偏移处理，并计算对比偏移前后模型的受力情况。选择结构中不同位置、具有代表性的两榀桁架模型进行分析，在弧段曲率改变处选择合适的杆件，根据腹杆相贯情况，计算理论最小偏移量，并添加安全距离，取整得到接头处实际最小偏移量。分别按照最小偏移量、2倍最小偏移量、3倍最小偏移量调整原模型，并考察在自重工况和最不利组合工况下接头处上下弦杆、腹杆和接头相邻弦杆的轴力、弯矩、应力情况。结果表明：杆件轴力主要受整体结构设计和杆件截面的影响，不因接头偏移产生明显改变；接头两端弧段曲率不同时，当接头偏移后，其位置与杆件原位置产生偏心距，导致接头两端杆件所受轴力在此产生弯矩，使接头处弦杆受到的弯矩增加；在轴力无显著变化的情况下，弯矩增加，杆件应力对应增大；最小偏移量时，杆件弯矩增幅最高可达200%,应力可增加10%～15%;3倍最小偏移量时，接头处弦杆的应力在自重工况下增幅达到70%,最不利组合工况下增幅达到100%;偏心增大时，弦杆弯矩大幅提升，在3倍最小偏移量时，接头处个别弦杆应力比超过1,此时对应的接头偏移导致的偏心距为0.15～0.3 m,且在各种工况下，该危险杆件的应力都有明显增幅，在最不利荷载组合工况下有破坏危险。得到结论：1)接头偏移对变曲率弧形管桁架结构杆件轴力无明显影响；2)弯矩随接头偏移带来的偏心距的增加大幅增大；3)轴力与弯矩共同作用下，接头偏移使杆件应力对应增大，对整体结构造成安全隐患。施工时应对实际弦杆接头偏移情况进行验算或在设计阶段考虑接头偏移影响，消除结构的潜在危险。

• 单位
  建筑工程学院; 上海交通大学