唐 蓉， 张光辉， 朱 浩

(武汉理工大学 土木工程与建筑学院， 湖北 武汉 430070)

某屋盖主体钢结构(图1)主要分为五个部分：屋面脊线主梁、墙面脊线主梁、屋面板片次梁、墙面板片次梁和树状结构支撑。树状支撑半球支座总共14个，本工程主体钢结构采用Q345B材质，用钢量约为3860 t。树状支撑半球节点由半球支座和耳板组成，耳板上焊有加劲板及环形贴板，耳板与连接杆件采用销轴连接。

图1 屋盖主体钢结构

1 钢结构半球节点现状分析

该钢结构屋盖主体工程已经完工，钢结构半球节点处于在役状态。运用有限元分析软件ANSYS[1]，采用Solid92单元，考虑材料非线性[2]，耳板厚度50 mm，屈服应力265 MPa，弹性模量210 GPa，切线模量1.45 GPa[3]。模型以及单元划分如图2所示。各轴向力换算成按余弦函数规律分布的面荷载沿耳板及环向贴板内柱面加载到模型上，模拟销轴荷载的传力特点，如图3所示。模型约束设在节点底面，约束三方向的平动自由度。

图2 节点有限元模型

图3 耳板及环向贴板加载

通过对结构上部网架钢结构整体模型进行施工过程模拟，提取当前使用状态下钢结构半球节点连接杆件的内力，其值为F杆1=-2961.73 kN，F杆2=-1559.95 kN，F杆3=46.81 kN，F杆4=-1919.22 kN，采用前述加载方式将其加载至相应位置，重点关注钢节点耳板上5个区域的应力水平(如图4所示)。计算结果见表1中补强前当前荷载作用下等效应力值，结果表明在当前使用状态下钢结构半球节点处于安全状态[4]。

图4 关注区域分布

但现阶段钢结构屋盖承受的荷载并不是结构承受的最不利荷载。……