（工程力学专业论文）某大型空间网架载荷试验与理论分析.pdf

大连理工大学硕士学位论文 摘要 随着经济的发展和科学技术豹不摩i 进步，大型空闯网架结构在建筑领域的应用越来 越多。空间网架结构有很多优点：例如有很高的空间刚度、适度的稳定性、很好的抗震 能力和合理的承载能力。 本论文主要完成了以下工作：第一，基于安全检测规范，将杆件的焊接质量和螺栓 球质量以及焊缝几何尺寸等进行检测，该结构符合相关的国家质量检测标准。第二，在 设计载荷下采用空闻杆系有限元对结构进行静力分析，对结构的承载能力和内力分布有 了进一步的了解。在局部区域，进行局部静力分析，对4 个下弦球节点分别施加最大为 1 8 k n 的力，记录下每级模拟载荷下杆件应力和节点挠度，局部分析结果的合理性可以 通过局部试验来加以验证。第三，介绍了现场载荷试验的过程，记录每级载荷下的杆件 应力和节点挠度，根据建筑结构检测技术标准( g b t 5 0 3 4 4 2 0 0 4 ) ，确定该结构是 否符合承载力检验标准，并给出结构的安全鉴定。试验测得的节点挠度和杆件应力是确 定模拟分析数据正确性的依据。最后，通过a n s y s 软件进行稳定性和地震响应分析。 采用小变形弹性屈曲法分析的稳定性，可以知道结构的安全储备。在地震响应分析中， 采用时程分析法和反应谱法计算分析在多遇地震作用下结构的弹性响应。 本文阐述了一个工程实例，用计算模拟和试验相结合在空间网架结构检测和分析中 是一种较好的方法。 关键字：大型空间网架；载荷承载能力；地震响应；时程分析法；反应语法 某大跫空间网架载荷试验与理论分析 l o a d b e a r i n ge x p e r i m e n ta n dt h e o r ya n a l y s i so fal a r g e s c a l es p a c e t m s s a b s t r a c t w i 也t h ed e v e l o p m e n to ft h ee c o n o m ya n dc o n s t a n tp r o g r e s so fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y ， a p p l i c a t i o no fl a r g e - s c a l es p a c et r u s ss u u c l u r e si nb u i l d i n g si sm o r ea n dm o r ee x t e n s i v e t h e r ea r em a n ya d v a n t a g e si ns p a c et r u s ss t r u c t u r e ss u c ha sh i g hs p a c es t i f f n e s s ，m o d e r a t e s t a b i l i t y ，g o o de a r t h q u n k er e s i s t a n c ec a p a c i t y ，s o u n dl o a d - b e a r i n gc a p a c i t y t h ef o l l o w i n gw o r k sh a v eb e e nf u l f i l l e dw i t h i nt h i st h e s i s ：f i s to fa 1 1 b a s e do nt h es a f e t y i n s p e c t i o ns t a n d a r d ，q u a l i t yf o rw e l d e dc h o r dm e m b e r sa n db o l t e dj o i n t sa n dw e l d i n g g e o m e t r i c a ld i m e n s i o ne r eh a v eb e e ni n s p e c t e d , t h es t r u c t u r e i sp r o v e do fa c c o r d i n gt o c o r r e l a t i v ei n s p e c t i o ns t a n d a r d s e c o n d l y s t a t i ca n a l y s i so ft h es t r u c t u r es u b j e c t e dt od e s i g n l o a di sd o n e e m p l o y i n gs p a c el i n ks e r i e sf e 氏a n db e a d n gc a p a c i t ya n di n t e r n a lf o r c e d i s t r i b u t i o no ft h eb m u g t u l em a yb er e a l i z c dt os o m ee x t e n t i nl o c a lp l a c e ，s t a t i ca n a l y s i so f t h es t r u e t m ef o r4b o t t o mc h o r dj o i n t su n d e r18 k nl o a d si sd o n e ，t h em e m b e rs t r e s sa n dj o i n t s d e f l e c t i o na r en o t e d ，t h er e s u l to fc o m p u t e rs i m u l a t i o ni sv a l i d a t e dt h r o u g hb e a r i n gc a p a c i t y e x p e r i m e n t t h i r d l y ，t h ep r o c e s so fl o a d - b e a r i n ge x p e r i m e n ti n - s i t e o fal a r g e s c a l es p a c e l a u s si sp r e s e n t e d ，t h em e m b e rs ：仃 e s sa n dj o i n t sd e f l e c t i o na l en o t e d ，w h i c he n b a l l _ et h e s t r u c t u r ec a nm e e tl o a d - b e a r i n gc a p a c i t yi n s p e c t i o ns t a n d a r do re l s ea n dt h er e s u l to fs a f e 锣 a p p r a i s a li sg i v a nb a s e do n t h ec o m p a r i s o ne x p e r i m e n t a ld a t aa n dc o m p u t e rs i m u l a t i v ed a t a , t h e v a l i d i t yo ft h e o r e t i c a la n a l y s i si st e s t i f i e db yt h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t s f i n a l l y ，s t a b i l i t ya n d s e i s m i cr e s p o n s ei sd o n eb ya n s y ss o f t w a r e t h ee l a s t i ca n a l y s i sf o rt h es t t a l c l l l l - eb u c k i n g b a s eo ns m a l ld e f o r m a t i o nt h e o r y , w h i c hi n d i c a t e st h es t r u c t u r es a f e t ys t o r a g e t h ee l a s t i c r e s p o n s eo fs t r u c t u r eu n d e rf r e q u e n tg r o u n dm o t i o ni sc a l c u l a t e db yt i m e - h i s t o r ym e t h o da n d r e s p o n s es p e c t r u mm e t h o d t h ep a p e rp r e s e n t sap r o j e c te x a m p l e ，t h em e t h o du s i n gc o m p u t e r - s i m u l a t e da n dl a b o r a t o r y t e s t i n gi sag o o dw a y i ns p a c et l 璐ss a f e t yi n s p e c t i o na n da n a l y s i s k e yw o r d s ：l a r g e - s c a l es p a c et r u s s ；l o a d - b e a r i n gc a p a c i t y ； s e i s m i cr e s p o n s e ； t i m e - h i s t o r ym e t h o d ：r e s p o n s es p e c t r u mm e t h o d i i 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：互垄釜日期：型2 ：己2 大连理工大学硕士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用 规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论 文。 作者签名：。p 导师签名：盗曼吐 丑年月丑日 大连理工大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 大跨度空阉结构概述 在1 8 世纪中叶以前，建筑师和结构师所能采用的建筑材料仅仅是石头，木材与砖 而已。中世纪的石瓦工匠们早已成功地造就了给我们后代留下深刻印象地穹窿建筑业 绩。其中最大跨度的砖石双曲穹顶建筑以1 5 8 8 - 1 5 9 3 年在罗马建造的圣彼得教堂和 1 4 2 0 - , - 1 4 3 4 年在佛罗伦萨建造的圣玛丽亚教堂最为有名，这两座建筑的底部都接近4 2 m 。 质量好的木材其有一定的抗拉与抗蓬强度，但其蛊身可利用的原始长度与横截面部很有 限。世界上最大的古代木建筑是日本奈良的东大寺庙。建筑平面5 7 m x s 0 m ，高4 7 m ， 现存建筑建于1 7 0 8 年，是在大火烧掉的原建筑基础上重建的。尽管用这些建筑材料己 建成了一些令人难忘的大尺寸结构，但它们的跨度还是受到局限，而且施工也极其繁琐。 然而，随着工业革命的到来，铁与随后出现的钢材能满足较大跨度、高度和难度较大结 构的要求。1 8 5 1 年，伦敦为筹备世晃博览会( t h eg r e a te x h i b i t i o n ) 在海德公园兴建水 晶宫( c r y s t a lp a l a c e ) 。当时，f o xh e n d e r s o n 公司和j o s e p hp a x t o n 从签订契约合同书 开始，到最后交付，才用了6 个月时间。这一成功之举不断的鞭策当今建筑工业技术发 展。1 8 8 7 , - , 1 8 8 9 年间用熟铁建成的巴黎埃菲尔铁塔( e i f f e lt o w e r ，原高3 0 4 m ，现已增 至3 2 1 m ，以建筑师古斯塔埃菲尔的姓命名) ，作为一个举世瞩目的里程碑式结构，它 为空间金属结构的稳定性和耐久性提供了极佳证明。我们现在通常称为空间构架( s p a c e f r a m e s ) 或空问网格( 轻型、坚同、工厂成批生产的模数单元组合空间结构) 的最早工 程实例很可能是由著名电话发明者a l e x a n d e rg r a h a mb d l ( 1 8 4 7 1 9 2 2 ，生于苏格兰的 美国人) 率先开发的。在2 0 世纪的头1 0 年他曾试验用三角锥与四角锥的单元组件来装 配空间网格。但直到1 9 4 3 年随m e r o 体系的问世才开始在建筑业中商业化应用。这种 体系是由m a xm e n g e r i n g h a u s e n ( 1 9 0 3 1 9 8 8 ) 在德国开发的。它用最普通的空间桁架结构 的方法，将单独的管状杼件分别连接在球节点上。这种体系的艺术感染力一直持续至今， 现已发展到有诸多可供选择的管杆件和球节点的系列产品。1 9 7 0 年日本大阪世界博览 会，喜庆广场( 2 9 1 6 m x l o s m ) ( 见图1 5 ) 仅支承在六根高出地面3 0 m 的柱子上。建 于1 9 7 0 - 1 9 7 3 年间的大跨度空间结构的标志性建筑是伦敦西思罗机场的英国航空公司飞 机维修库，由z s m a k o w s l d 及其同事一起设计。飞机库屋盖是斜置双曲网格，3 6 6 m 高， 在6 7 m 1 3 8 m 豹平面范围内未设一根柱子，该空阐网揍结构没有套用任何专用系列产品 的做法，而是用工厂预制的钢杆件在现场接在一起【l j 。 某大型空间网架载荷试验与理论分析 1 2 空间网架的结构特点 国内外大量工程实践说明，网架结构已成为大跨度空间结构中应用最为广泛的结构 形式之一。它之所以获得如此快的发展和如此广泛的应用，除了计算视技术的进步为其 提供有利条件外，主要有以下优点伫3 】： ( 1 ) 省钢材。网架系三维受力结构，较平面结构节省材料，网架结构比传统的钢结构 节省2 0 , - - 3 0 的用钢量，如采用轻屋面经济效果会更加显著。如天津科学宫礼堂 1 5 m x 2 1 m ，网架用钢量6 2 6 k g m 2 ，河南中原机械厂冲压车间1 8 m x 6 0 m 网架用钢量为 6 7 6 k g m 2 。 ( 2 ) 应用范围广。网架结构不仅用于中小跨度的工业民用建筑，如工业厂房、俱乐部、 食堂、会议室等，而更适用于大跨度结构的公共建筑如体育馆等。首都体育馆 ( 9 9 r e x l l 2 2 m ) 共1 1 0 0 0 1 1 a 2 ，耗钢量6 5 k g m 2 。上海体育馆( 柱内直径1 1 0 m ，共9 5 0 0 m 2 ) ， 耗钢量4 7 k g m 2 。近几年来采用最多的是大柱网的工业厂房，柱网从1 2 m x l 2 m 到 3 6 m x 3 6 m ，面积从几千m 2 到十几万m 2 ，它既适用于周边支承，也适用于三边支承一边 开口，或两边支承两边开口，或四点及多点支承，网架结构还适于局部增加集中荷载。 ( 3 ) 便于管道安装。网架结构的上下弦之是由一定规律的腹杆所组成，雨水管道、空 调管道、工艺管道均可在上下弦之间的空间穿过，这样可以降低层高，降低造价，获得 良好的经济效果。 ( 4 ) 抗震性能好。网架结构整体空间刚度大，稳定性能及抗震性能好，安全储备高， 对于承受集中萄载、非对称蘅载、局部超载、地基不均匀沉陷等均为有利。网格尺寸小， 上弦便于设置轻屋面，下弦便于设置悬挂吊车，也可在两个方向设置悬挂吊车，国内外 一般常用的悬挂吊车的起重量为1 0 l s k n ，也可悬挂1 0 0 k n 。 ( 5 ) 建筑造型新颖。网架结构的形式灵活多变，美观大方，如亚运会的十几个场馆都 采用了网架结构，其造型各具特色。 ( 6 ) 网架结构用于大桂网的工业厂房，可灵活布置工艺流程并可做成标准的工业厂房 提供给用户。 ( 7 ) 采光方便。网架结构可设置点式采光、块式采光或带式采光，采光的方式可设置 平天窗或侧天窗，采光材料一般用玻璃钢制品，也可采用玻璃制品。 ( 8 ) 便于通风处理。网架结构的屋盖通风方便，既可采用侧窗通风，也可在屋面上开 洞设轴流风机。 ( 9 ) 便于定型化、工业化、工厂化、商品化生产，便于集装箱运输，零件尺寸小，重 量轻，便于存放、装卸、运输和安装，现场安装不需要大型起重设备。 ( 1 0 ) 网架结构如果采用螺栓球节点连接，便于拆卸，可适于临时建筑。 大连理工大学硕士研究生学位论文 ( 1 1 ) 设计效率高。目前，我国己自行开发出很多优秀的网架设计软件。利用这些软件， 整个设计从结构计算开始到施工图和加工图绘制都能在计算机上迅速完成。一般的小型 规则网架，两个小时即可完成建模、分析计算和出图：大型体育馆或大柱网的工业厂房， 两天时间也可出图并为下部结构的设计提供荷载参数。 1 3 平板网架结构形式及其应用情况 1 3 1 平板网架结构形式 网架结构的形式很多。按结构组成分，有双层( 见图1 1 ) 和三层( 见图1 2 ) 网架； 按支承情况，可分为周边支承( 见图1 3 ) 、点支承( 图1 4 ) 、三边支承边开口，周 边支承与点支承相结合等；按网格组成情况，可分为由两向或三向平面桁架组成的交叉 桁架体系和由三角锥体、四角锥体组成的空间桁架( 角锥) 体系、表皮受力体系等1 2 j 。 图1 1 双层网架 f i g 2 1d o u b l e l a y e r 鲥 上弦层 腹杆层 下弦层 1 图1 2 三层网架 f i g 2 2 脚l a y e r g r i d l 图1 3 周边支承厨桨 f i g 2 1c i r c u m a m b i e n c e j o i n t sb e a r i n gg r i d 架 隙 阿 臣 聃 隈 一 址一卜， 某大型空间网架载荷试验与理论分析 图1 4 点支承网架 f i g 1 4j o i n 臼b e a r i n g 舒d 1 3 2 应用情况 我国自从1 9 6 4 年建成第一幢平板形网架结构一上海师范学院球类房屋盖( 平面尺 寸3 1 4 r e x 4 0 5 m 的正放四角锥网架) 以来，据不完全统计，至2 0 0 1 年底，全国已建成 各种大、中、小跨度网架、网壳结构约1 3 5 0 0 幢，覆盖建筑面积近2 0 0 0 万n 1 2 ，这在世 界列首位。其中1 2 为网壳结构，约1 6 0 0 幢，2 0 0 1 年的年增长幅度约1 5 0 0 幢，2 8 0 万m 2 。1 9 6 6 年建成的首都体育馆。平面尺寸9 9 m x l1 2 2 m ，长期是我国矩形平面跨度最 大的网架结构。2 0 0 0 年建成的沈阳博览中心( 室内足球场) ( 见图1 8 ) ，平面尺寸 1 1 4 m x 2 0 4 m ，成为我国跨度最大、单体覆盖面积最大的网架结构。1 9 7 5 年建成的上海 体育馆( 见图1 7 ) ，直径1 l o m ，挑檐7 5 m ，是当前我国圆形平面跨度最大的网架结 构。1 9 9 6 年建成的首都四机位机库，平面尺寸9 0 m x ( 1 5 3 + 1 5 3 ) i n ，采用三层网架，开口 边和中轴线处四层构造的立体桁架，成为目前国内及亚洲最大的机库网架。由瑞士赫尔 佐格一德梅隆建筑事务所与中国建筑设计研究院联合提出的鸟巢形国家体育馆其屋盖 是两向不规则斜交平面桁架系组成的3 3 2 3 m x 2 9 6 4 m 的椭圆平面网架结构。周边支承在 不等高的2 4 根立体桁架柱上，最高点6 8 5 m ，最低点4 2 8 m 。这是当前世界上设计和施 工的最大跨度的网架结构。我国在多跨大柱距的工业厂房和车间中，自2 0 世纪8 0 年代 初开始采用网架结构，其建筑覆盖面积至今已有5 0 0 万m 2 ，是国际上在工业厂房中采 用网架最多的国家。如1 9 8 4 年建成的北京燕山石化公司东风化工地毯车间，柱距为 1 8 m x l 8 m ，覆盖建筑面积近4 万m 2 。云南玉溪烟厂成片的工业厂房网架达1 2 万m 2 。 上海江南造船厂一车间，跨度6 0 m ，采用三层网架，是目前工业厂房中跨度最大的网架。 丈连理工大学硕士研究生学位论文 图1 5 大阪喜庆广场( 1 9 7 0 年世博会) f i 窖1 5f e s t i v a lp l a z ai no s a k a ( e x p o 7 0 ) 图1 7 上海体育馆( 1 9 7 5 年) f 塘。1 7s 妇鲥g y m n m i a m ( 9 7 5 ) 圈1 6 英国博明翰国家展览中心( 1 9 7 9 年) f i g 1 6t h en a t i o n a le x h i b i t i o no 口ei n b i r m i n g h a m ，t h ei 】k ( 1 9 7 9 ) 凰ls 沈阳博览中心c 2 0 0 0 年) h g l 8 轴翱y 瓢g e x h i b i t i m c 。辩c 2 0 0 0 ) 当前，世界上最大的网架结构是巴西圣保罗展览中心的屋盖结构，平面尺寸 2 6 0 m x 2 6 0 m 。为正放四角锥铝管网架，共有杆件4 1 8 0 0 根，2 5 个支点，采用地面总拚， 提升到1 4 m 设计标高就位的施工方法。晟大单跨四柱支承的网架结构为1 9 7 8 年建成的 瑞士苏黎世洛腾机场喷气机库的屋盖结构，他是一座三层平板网架，平面尺寸为 1 2 5 m 1 2 8 m 。采用4 台液压千斤顶升至标高2 4 m 就位，顶升时的网架重3 6 0 0 t ，当顶至 2 5 m 标高后。安装天花板和3 台10 t 吊车，此时总重5 3 0 0 t 。覆盖建筑面积最大的双向 多跨大柱距网架是德国杜赛尔多夫展览大厅屋盏，由1 1 4 个单元网架组成，每个单元的 某大型空间网架载荷试验与理论分析 平面尺寸为3 0 m x 3 0 m ，建筑面积共为1 0 2 6 0 0 m 2 ，最近又扩建了5 0 0 0 0 m 2 。位于英国伯 明翰市郊的国家展览中心( t h en a t i o n a le x h i b i t i o nc e n t r e ) ( 见图1 6 ) ，一期工程可称 得上是最广泛应用b r i t i s hs t e e lt u b e s & p i p e s 开发的n o d u s 体系代表工程之一，这座建于 7 0 年代末的展览大厅都是3 0 m x 3 0 m 的柱网，有9 3 个完整相同的n o d u s 空间桁架上下 偏置方形网格的装配件组成。 1 4 国内外研究现状 大跨度空间结构是目前发展最快的结构类型 4 - 1 4 1 。大跨度建筑及作为其核心的空间 结构技术的发展状况是代表一个国家建筑科技水平的重要标志之一。空间结构的卓越工 作性能不仅仅表现在三维受力，而且还由于它们通过合理的曲面形体来有效抵抗外荷载 的作用。当跨度达到一定程度后，一般平面结构往往已难于成为合理的选择。从国内外 工程实践来看，大跨度建筑多采用各种形式的空间结构体系。 近2 0 余年来，各种类型的大跨度空间结构在美、日、欧等发达国家发展很快。建 筑物的跨度和规模越来越大，目前，尺度达1 5 0 m 以上的超大规模建筑已非个别：结构 形式丰富多彩，采用了许多新材料和新技术，发展了许多新的空间结构形式。目前，某 些发达国家正在进行尺度为3 0 0 m 以上的超大跨度结构的设计方案探讨。 我国大跨度空间结构的基础原来比较薄弱，但随着国家经济实力的增强和社会发展 的需要，近1 0 余年来也取得了比较迅猛的发展。工程实践的数量较多，空间结构的类 型和形式逐渐趋向多样化，相应的理论研究和设计技术也逐步完善。 但与国际先进技术水平相比，我国大跨度空间结构的发展仍存在一定差距。这主要 表现在结构形式还比较拘谨，较少大胆创新之作，说明新颖的建筑构思与先进结构创新 之间尚缺乏理想的有机结合，尤其是1 5 0 m 以上的超大跨度空间结构的工程实践还比较 少；结构类型相对的集中于网架和网壳结构。 网架试验一般有模型试验和实物试验两种1 7 1 。实物试验有南阳某车间 ( 2 - 1 7 5 m x 2 5 m x l 2 5 m ) ；大同云岗矿职工食堂( 2 1 8 m x 2 4 m x l 3 0 m ) 。模型试验有天 津科学宫( 比例1 5 ，平面尺寸6 3 6 r e x l 0 6 0 m x l 0 m ) ；首都体育馆( 比例l ：5 0 ，平面 尺寸1 9 8 m x 2 2 4 m ) ；福建体育馆( 比例l ：1 0 ，平面尺寸5 4 m x 6 7 5 m ) ；江苏体育馆( 比 例1 ：2 0 ，平面尺寸3 8 4 m x 4 4 3 m ) ；辽宁体育馆( 比例1 ：2 0 ，平面尺寸d - - 4 5 5 m ) 等。 模型试验尺寸小，制造简单，成本低，试验简单灵活，可以进行大量的科学研究性质的 试验项目，并可多次反复试验，容易得到较系统的科学依据。但模型试验与实际情况往 往有一定的差异，所以不能完全反映实际工程结构的工作情况。实物试验可以较真实的 大连理工大学硕士研究生学位论文 反映实际情况，但试验主体尺寸庞大，试验工作量繁重，不适宜做细致和反复试验，试 验项目也不能过多，国内的具体实例也较少。 1 5 本文的主要研究工作 本文以大连上柴动力厂房网架屋盏为研究对象，从多个方面研究该结构的性能，主 要在以下几个方面展开工作： 。 ( 1 ) 上柴动力厂房屋盖网架现场安装情况的检测 、 参考网架结构和钢结构的相关质量检验规范和设计规范，对该结构进行全面的检 查，确定该结构在加工质量、焊接质量、和几何安装尺寸等方面是否存在问题，为该结 构的理论分析和试验分析做前期准备。 ( 2 ) 对结构进行理论分析 参考钢结构设计标准和网架设计规程，对结构进行理论荷载的设计。采用有限元 a n s y s 对结构进行理论荷载的静力力学性能分析，模拟满载荷时节点位移和杆件应力， 并在局部区域进行加载模拟，为试验提供参考。 ( 3 ) 现场载荷试验 根据理论分析的局部荷载对结构进行加载，并记录下所测节点挠度和杆件应力，验 证理论分析的正确性。为结构提供实际承载力检验结论，判断结构是否符合承载力检验 标准。 ( 4 ) 对结构进行稳定性分析和地震响应分析 由于本试验属于生产鉴定性试验，不能对结构进行屈曲加载和破坏加载，但结构的 稳定性和地震响应可以通过有限元模拟，对结构的动态特性有较好的了解，辅助判定该 结构的优劣。 一7 一 某大型空间网架载荷试验与理论分析 2 网架试验目的和现有结构的质量检测 2 ，1 试验目的 空间网架由于重量轻、跨度大、施工方便和整体刚性好而得到广泛应用。由于网架 安装施工可能存在隐患，所以对其进行现场载荷测试和模拟计算是十分必要的。国内外 一些网架事故的发生，应该引起我们对网架结构安全的重视。 受大连上柴动力有限公司的委托，大连理工大学振动与强度测试中心于2 0 0 5 年9 月2 4 日至2 0 0 5 年9 月2 5 日对大连上柴动力有限公司联合厂房网架结构进行原位实荷 检验，验证该网架结构是否符合图纸设计载荷要求，为该厂后续安装工作提供安全保证。 2 2 工程概况 大连上柴动力有限公司联合厂房位于大连市高新技术园区双d 港内。该厂房的毛坯 库、加工车间、装配车间和外协库的屋顶均为螺栓球节点双层斜放四角锥网架结构，该 网架为下弦周边支承和点支承相结合的联合支承方式。加工车问：长1 4 7 米，宽1 0 5 米， 两根h 型钢对接组成的钢支柱，周边柱距7 米，中间柱距2 1 米。下弦杆长3 5 米，以 宽度方向为参考，上下弦的垂直距离在两边为2 4 米，距离两侧4 2 5 米处达到最高3 6 0 7 5 米。 2 3 结构质量检查 2 3 1 焊接质量检查 ( 1 ) 杆件母材抗拉强度和焊接质量检测 检测依据n 9 】，杆件钢管母材抗拉强度质量检测结果在表2 1 给出。用超声波探伤 仪对杆件内部缺陷进行探伤，探伤部位为杆件钢管两端的全熔透二级焊缝，抽检比例为 3 ，探伤结果在表2 2 给出。 一8 大连理工大学硕士研究生学位论文 表2 1 杆件钢管母材抗拉强度检测 t a b 2 1q m l i t yi n s p e c t i o nf o rc h o r d sr e s i s t a n ts t r n g t h 抗拉强度( m p a ) 编号规格( n u n )钢材牌号 判定 标准值检测值 l母4 8 3 2 5 q 2 3 5 b 3 7 5 5 0 03 9 0合格 2m 6 0 3 2 5 q 2 3 5 b 3 7 5 5 0 0 3 9 5 合格 3m 7 5 5 x 3 7 5 q 2 3 5 b 3 7 5 5 0 04 0 0合格 4 m 8 8 5 4 0 q 2 3 5 b 3 7 5 5 0 0 4 2 5台格 5o l1 4 x 3 7 5 q 2 3 5 b 3 7 5 5 0 04 1 0合格 6中1 4 0 x 4 0 q 2 3 5 b 3 7 5 5 0 04 1 5合格 70 1 5 9 1 0 0 q 2 3 5 b 3 7 5 5 0 04 0 5 合格 8m 1 8 0 x 1 0 0 q 2 3 5 b 3 7 5 5 0 0 4 0 0 合格 注：抗拉强度检测值为5 次测试的平均值。 检测项目符合g b 5 0 2 0 5 2 0 0 1 1 1 习技术标准。 表2 2 杆件焊接质量检测 t a b 2 2q u a t i t yi n f l p e c t i o nf o rw e l d e dc h o r d s 球节点编号 杆件规格( m m ) 焊缝型式 检测长度( n u n )探伤结果 e 6 9m 4 8 3 2 5 对接焊缝 1 5 0 n i e 5 l m 4 9 x 3 2 5 对接焊缝 1 5 0 n i d 6叫8 3 2 5对接焊缝 1 5 0 n i e 9 1m 6 0 3 2 5对接焊缝 1 8 8 r i ：l x 5 e 6 9m 6 0 3 2 5对接焊缝1 8 8 n i c 6 5m 6 0 3 2 5对接焊缝1 8 8 n i e 9 l0 7 5 5 x 3 7 5对接焊缝2 3 7 n i e 5 1m 7 5 5 x 3 7 5对接焊缝 2 3 7 n i c 6 7中7 5 5 x 3 7 5对接焊缝 2 3 7 n i e 5 lm 8 8 5 x 4 0对接焊缝 2 7 7 n i e 4 8m 8 8 5 4 0对接焊缝 2 7 7 n i f 5 8m 8 8 5 x 4 0对接焊缝 2 7 7 n i h 3 7m l l 4 3 7 5对接焊缝4 2 7 h 2 8m l1 4 x 3 ，7 5 对接焊缝 4 2 7 r i ：l 5 e 6 4m 1 1 4 3 7 5对接焊缝 4 2 7 n l h 2 5 m 1 4 0 x 4 0 对接焊缝 4 4 0 n i f 3 2m 1 4 0 x 4 0对接焊缝 4 4 0 n i 一9 一 某人型空间网架载荷试验与理论分析 f 4 lm 1 4 0 4 0 对接焊缝 4 4 0 n i h 2 1m 1 5 9 x 1 0 o 对接焊缝 5 0 0 n i j 1m 1 5 9 x l o o 对接焊缝 5 0 0 n i j 2m 1 5 9 x 1 0 0对接焊缝5 0 0 n i j lm 1 8 0 ( 1 0 0对接焊缝5 6 5 n i e 1 0 0m 1 8 0 x 1 0 o 对接焊缝 5 6 5m j 2m 1 8 0 x l o o 对接焊缝 5 6 5 n i t 曲2 2 ( c o n t i n u e ) 检测项目符合g b 5 0 2 0 5 2 0 0 1 第5 2 4 二级焊缝质量标准。 ( 2 ) 焊缝尺寸检验结果 按设计要求，杆件两端对接焊缝为二级焊缝质量等级。其焊缝尺寸检测结果见表2 3 所示。 表2 3 焊缝尺寸检测 t a b 2 3w e l do u t e r d i m e n t i o n si n s p e c t i o nf o rc h o r dm e m b e r s 焊缝余高( m m )焊缝错边( ) 杆件规格( m m )焊缝型式判定 允许偏差检测值允许偏差 检测值 m 4 8 3 2 5 对接焊缝 0 - - 3 00 4 郢4 9 0 4 0 合格 0 4 8 x 3 2 5对接焊缝0 - - 3 02 31 j d 4 9 0 3 5 合格 m 4 8 x 3 2 5对接焊缝0 - - 3 02 55 0 。4 9o 。4 0合格 m 6 0 3 2 5对接焊缝0 - 3 01 95 0 4 9o 4 0合格 t d 6 0 3 2 5 对接焊缝 o 3 02 2 5 0 4 9 0 4 0 合格 中6 0 x 3 2 5 对接焊缝o 3 0 2 o ! 抑4 9 0 4 0 合格 m 7 5 5 x 3 7 5 对接焊缝o 3 o 2 4 1 剪5 6 o 5 0 合格 m 7 5 5 x 3 7 5对接焊缝o 3 ，02 3 1 如，5 6 0 4 0合格 中7 5 5 x 3 。7 5对接焊缝0 弓，o2 5 5 0 5 6 0 4 0合格 m 8 8 5 4 0 对接焊缝 o 3 01 9 1 抑6 0 0 5 0合格 m 8 8 5 4 0 对接焊缝0 3 o 2 2 曼0 6 0 0 5 0 合格 m 8 8 5 x 4 0 对接焊缝o 3 0 2 o ! | 。6 0 o 6 0 合格 m 11 4 x 3 7 5对接焊缝o 3 oo 4 蔓0 5 6 o 5 0合格 m 1 1 4 3 7 5 对接焊缝 o 3 02 3 1 d 5 6 0 4 0合格 西1 1 4 x 3 。7 5对接焊缝o 3 ，01 5 1 9 ，5 6 o 5 0合格 m 1 4 0 4 0 对接焊缝o 3 0 2 o ! 抑6 0 0 6 0 合格 m 1 4 0 x 4 0 对接焊缝m o o 2 1 5 0 6 0 o 5 0 台格 m 1 4 0 x 4 0 对接焊缝0 - 3 0 1 5 1 抑6 0 0 5 0 合格 一1 0 大连理工大学硕十研究生学位论文 m 1 5 9 1 0 0 对接焊缝 0 - - 3 0o 9 5 i 5 0 i 1 0合格 m 1 5 9 x 1 0 0 对接焊缝 o 3 01 2 兰1 5 0 0 6 0合格 m 1 5 9 x 1 0 0对接焊缝0 - 3 0 2 o s 1 5 0 1 3 0 合格 m 1 8 0 x1 0 0对接焊缝0 3 0 1 4 s i 5 0 1 2 0 合格 m 1 8 0 x 1 0 o对接焊缝0 - - 3 02 3 5 1 5 0 o 8 0 合格 m 1 8 0 x 1 0 0 对接焊缝 o 3 o1 5 6 0 06 1 0合格 e 5 lb s l 2 04 5兰6 0 06 0 5合格 d 6b s l 4 04 5 6 0 06 1 0合格 e 9 1b s l 4 04 5 _ 6 0 06 1 0合格 e 6 9b s i 6 04 5 6 0 06 1 5合格 c 6 5b s l 6 04 5 _ 6 0 06 1 0合格 e 9 lb s l 8 04 5_ 6 0 0 6 0 5 合格 e 5 lb s l 8 04 5 6 0 06 1 0合格 c 6 7b s 2 0 04 5_ 6 0 06 1 9合格 b 掘b s 2 0 04 5 6 0 06 1 7合格 f 5 8b $ 2 2 04 5 _ 6 0 0 6 1 6合格 h 3 7b $ 2 2 04 5_ 6 0 06 1 4合格 注：抗拉强度检测值为5 次测试的平均值。 检测项目符合检测项目符合g b 5 0 2 0 5 2 0 0 1 中4 5 号钢技术标准。 2 ，3 。2 几何尺寸检测 ( 1 ) 网架支座相邻间距及高差检测 某大型空间网架载荷试验与理论分析 在现场，网架支座固定后，对其支座相邻高差及间距进行了检测，随机抽了5 处相 邻支座间距和2 2 个支座球节点的相对高程差。支座高差和间距的检测结果在表2 5 给出。 表2 5 支座高差和间距的检测 t a b 2 5g e o m e t r i c a lt o l e r a n c i n gi n s p e c t i o nf o r b e a r i n g s 编 支座编号 相邻支座高差( m )支座间距( m m ) 号 允许偏差值检测值判定允许偏差值检测值判定 17 k - l o k5 ；2 6 31 5 0 合格 2l o k - l o g 1 2 6 3 8 0 合格 士1 0 01 o合格 37 g i o g5 ；2 6 31 2 0 合格 47 k 一7 g 1 2 6 3 1 8 o 合格 51 6 d 1 6 g5 2 6 32 9 o不合格 61 6 g 1 9 g j 2 6 3 1 0 o合格+ 1 0 02 o合格 71 6 d 1 9 d5 ；2 6 31 3 o 合格 81 9 d 1 9 g 5 2 6 3 9 0 合格 92 2 g 2 2 k 5 2 6 31 1 0合格士1 0 0 1 o 合格 1 02 5 g 2 5 k2 s 2 6 31 2 o合格 l l2 2 g 2 5 g5 2 6 38 o 合格 1 22 2 k - 2 5 k5 2 6 35 o 合格 1 32 5 n 2 8 n 2 5 2 6 31 5 o合格 1 44 k 删 丑6 31 2 o合格 + 1 0 0一1 o 合格 1 52 l a ，2 2 a! $ 89 0不合格 1 63 4 j 3 4 k ! 签8 5 0 合格 1 7l m - l n ! $ 8 8 0 合格 1 8l p l n s 8 8 6 0 合格 1 91 9 r - 2 0 r ! 嚣85 o合格 2 09 r 一1 0 r! $ 85 0合格 2 l2 6 r 一2 7 r兰$ 8l o o 不合格 士5 03 0合格 2 22 l r 一2 2 r ! 墨8 6 0 合格 合 合格项数1 9 5 计 不合格项数3o 2 2 个支座相邻高差中，有3 个数超过最大允许偏差值，有1 9 个数值小于最大允许 偏差值，最大高差为2 9 0 r a m ，合格率为8 6 ，检测项目符合j g j 7 8 1 9 9 1 t 1 6 垛6 0 5 、 g b 5 0 2 0 5 2 0 0 1 第1 2 3 6 技术标准及设计要求。 ( 2 ) 网架节点挠度检测 大连理工大学硕十研究生学位论文 依据设计图纸，该屋面网架结构工程为多跨连续点支撑结构，单个跨度为2 1 m 。依 据g b 5 0 2 0 5 - - 2 0 0 1 的规定，跨度2 4 m 及以下钢网架结构挠度检测部位为下弦中央一点。 在钢网架结构屋面工程完成后对其下弦中央一点的挠度值进彳亍了测量，其挠度允许值为 8 4 m m 。节点挠度检测结果见表2 6 。 表2 6 节点挠度检测 t a b 2 6i m p e e t i o nf o r j o i n t sd e f l e c t i o n 挠度( m m ) 编号 跨度编号 单元位置判定 最大容许值捡测值 l a d 1 6 1 98 4 02 5 0 合格 2d 母1 6 - 1 98 4 02 0 0 合格 3g k 2 2 2 58 4 01 9 o 合格 4k n2 2 2 58 4 02 9 0 合格 5n i r2 5 - 2 88 4 02 0 o合格 检测项目符合j g j 7 1 9 9 1 1 7 】第2 0 1 7 技术标准及设计要求。 检测结论： 钢网架屋面主体工程的施工质量符合g b 5 0 2 0 5 2 0 0 1 、j g j 7 8 1 9 9 1 t l q 技术标准及设 计要求。 2 4 本章小结 本章阐述了试验的目的是为该厂的后续安装提供安全保证。对网架结构的现场进行 了全面检测：该结构的杆件焊接质量符合g b 5 0 2 0 5 2 0 0 1 技术标准；螺栓球质量符合 g b 5 0 2 0 5 2 0 0 1 第5 2 4 二级焊缝质量标准；焊缝尺寸符合g b 5 0 2 0 5 - 2 0 0 1 第5 2 5 及 a 0 2 技术标准；网架支座相邻间距及高差符合j g j 7 9 1 9 9 1 第6 0 5 和g b 5 0 2 0 5 2 0 0 1 第 1 2 3 6 技术标准及设计要求；网架节点挠度符合j g j 7 - 1 9 9 1 第2 0 1 7 技术标准及