铸造缺陷对铸钢节点钢结构力学性能的影响.pdf

为了研究铸钢件中铸造缺陷的等级大小、位置分布对其静力性能、疲劳性能的影响，通过Solidworks软件建立了包含铸钢节点的钢桁架结构的实体模型，根据已有研究成果确定了铸钢节点上缺陷的尺寸与位置；对带有不同铸造缺陷的桁架结构进行静力加载，通过分析结构的应力分布、位移分布情况确定铸造缺陷对其静力强度、静力刚度的影响；对带有不同铸造缺陷的桁架结构进行等幅疲劳加载，通过铸钢节点的修正应力疲劳寿命（S-N）曲线求得模型的局部疲劳寿命，明确铸造缺陷对结构疲劳性能的影响. 研究结果表明：当铸钢节点的不同位置含有相同大小的铸造缺陷时，不同模型的应力极值最大相差11.7%，不同模型的疲劳寿命相差两个数量级；当铸钢节点的同一位置含有不同大小的铸造缺陷时，不同模型的应力极值最大相差1.7%，不同模型的疲劳寿命相差一个数量级；以上两种情况对结构整体和局部的位移分布均没有明显影响；当铸钢节点中铸造缺陷的分布发生变化时，不同模型间应力极值的变化率为8.8%，不同模型的疲劳性能均劣于只包含单个铸造缺陷的模型.关键词：铸钢节点；缺陷；力学性能；铸造质量评定中图分类号：TU391        文献标志码：AEffect of Casting Defects on Mechanical Properties ofSteel Structures with Cast Steel JointsYAN Huadong1,2,     GONG Weijia1,2,     JIN Hui1,2(1. Jiangsu Key Laboratory of Engineering Mechanics，Southeast University，Nanjing 211189，China; 2. Department of CivilEngineering，Southeast University，Nanjing 211189，China)Abstract: In order to study the influence of the grade size and position distribution of casting defects on the staticand fatigue properties of steel castings，firstly，a three-dimensional solid steel truss model with cast steel jointswas built by Solidworks，and the size and location of casting defects on the cast steel joints were determinedbased on the published literature; then，the truss structures containing different casting defects were subjected tostatic  loading， and  the  stress  distribution  and  displacement  distribution  of  the  structure  were  analyzed  todetermine the influence of casting defects on its static strength and static stiffness; finally，the truss structureswith different casting defects were subjected to equal amplitude fatigue loading，and the local fatigue life of themodel was obtained through the modified S-N curve of the cast steel joint to clarify the effect of casting defectson it fatigue performance. The results show that when the different positions of the cast steel joints containcasting defects with the same size，the maximum difference in maximum stress of different models is 11.7%，thefatigue life of the different models differs by two orders of magnitude. When the same position of the cast steeljoint contains casting defects of different sizes，the maximum difference in maximum stress of different models is1.7%，the fatigue life of the different models differs by one orders of magnitude. In spite of the different positionsof the cast steel joints contain casting defects with the same size or the same position of the cast steel joint收稿日期：2018-01-19         修回日期：2018-09-07         网络首发日期：2018-09-14基金项目：国家重点研发计划资助项目（2017YFC0805100）；国家自然科学基金（51578137）第一作者：闫华东（1990—），女，博士研究生，研究方向为钢结构的疲劳与损伤，E-mail：huadong_yan@163.com通信作者：靳慧（1974—），女，教授，研究方向为钢结构的可靠性分析，E-mail：jinhui@seu.edu.cn引文格式：闫华东，宫维佳，靳慧.  铸造缺陷对铸钢节点钢结构力学性能的影响[J]. 西南交通大学学报，2020，55(2)： 343-349, 371．YAN Huadong， GONG Weijia， JIN Hui.  Effect of casting defects on mechanical properties of steel structures with cast steeljoints[J].  Journal of Southwest Jiaotong University， 2020， 55(2)： 343-349, 371．第  55 卷 第  2 期 西 南 交 通 大 学 学 报 Vol. 55    No. 22020 年  4 月 JOURNAL OF SOUTHWEST JIAOTONG UNIVERSITY Apr.  2020contains casting defects of different sizes，there is no significant effect for the overall and local displacementdistribution of the structure. When the distribution of casting defects in the cast steel joint changes，the rate ofchange of maximum stress between different models is 8.8%，the fatigue performance between different modelsis inferior to the model that only contains one casting defect.Key words: cast steel joint; defect; mechanical property; casting quality evaluation近年来，钢结构工程逐渐向大跨度及超高层方向发展，新的发展方向对构件与构件之间的连接方式提出了更高的要求，铸钢节点由于自身具备造型灵活、过渡光滑、整体性能良好等优点，在工程界得到了越来越广泛的应用. 目前，国内外已有很多建筑采用了不同形式的铸钢节点，如：国家体育馆“鸟巢”、杭州奥体博览中心主体育场[1]、新郑国际机场T2航站楼[2]、德国柏林的Humboldt Harbor铁路桥[3]等. 铸钢节点在众多工程中的试验和数值模拟研究使其在静力分析或施工设计方面的理论日趋成熟. 随着铸钢节点在公路桥梁、海洋平台、高耸结构等领域的推广应用，对铸钢节点疲劳性能方面的研究也逐渐增多. 国内外诸多学者对桥梁工程结构中典型K型铸钢节点的疲劳性能进行了相关研究：2001年—2005年，瑞士EPFL-ICOM实验室开展了《桥梁结构铸钢节点的缺陷容限》研究项目[4-6]；国内东南大学靳慧等开展了铸钢节点的疲劳数值分析和实验研究[7-9].随着对铸钢节点研究的不断深入，一些科研工作者发现铸件受合金成分、浇铸工艺、铸件形状等综合因素的影响，内部不可避免地分布着缩松、气孔、夹渣、裂纹等缺陷，实际工程中的铸钢件往往是带缺陷工作的. Sharp等通过切片方法检测了一个足尺铸钢节点内部缺陷的分布情况，并按缺陷存在的概率对节点进行分区[10]；HARDIN等研究了铸造缺陷与材料弹性模量之间的关系并给出了函数关系式[11]；蔡建国等通过ANASY模拟了孔洞和裂纹缺陷对铸钢节点受力的影响[12]；莫德锋等研究了铸件中孔洞的尺寸、体积分数和形貌等因素对材料疲劳性能的影响[13]. 但是，目前鲜有文献研究铸造缺陷对整个工程结构力学性能的影响. 针对不考虑铸造缺陷存在的结构设计是否有安全隐患，根据评定框内缺陷最严重部位的缺陷尺寸来评定铸件质量的评定方法是否合理进行了研究.1    K型铸钢节点钢桁架结构建模1.1    钢桁架结构的有限元模型桁架结构为钢桁架桥的一部分[3]，这种桁架结构在大跨桥梁结构中具有代表性. 桁架结构的几何尺寸如图1所示，其上弦杆选用型号为50a的工字型钢；斜撑钢管管壁厚16 mm；下弦钢管管壁厚20 mm；斜撑钢管和下弦钢管通过K型铸钢节点连接；F为集中荷载.F上弦杆与钢管连接处 铸钢节点 缺陷2 200 2 200 2 200 2 2001 489图 1   桁架结构的几何尺寸Fig. 1   Geometry size of truss structure铸钢节点形状复杂，铸造缺陷位置多变，利用商业有限元软件ANSYS很难建立含铸钢节点和铸造缺陷的钢桁架模型. 为了提高建模效率和模型精度，文中通过Solidworks软件建立了整个桁架结构的实体模型，然后将模型导入ANSYS中进行后续计算和分析. 本文有限元计算分析包括静力计算和疲劳计算，两种计算的加载方式和边界条件将在第2节和第3节中分别介绍.1.2    铸造缺陷等级及位置分布317 317目前工程铸件质量检验探伤的方法是超声波探伤，辅以磁粉和渗透探伤. 依据《铸钢件超声探伤及质量评级方法》（GB/T 7233—2009）[14]中的相关规定将    mm2（面积约100 000 mm2）的评定框置于铸钢件上缺陷最严重的部位，根据评定框内缺陷的尺寸，将铸钢件质量等级分为5级，在相同的探伤条件下，1级质量最好，2、3、4、5级质量依次降低.铸钢件中缺陷的种类较多[15-16]，在研究铸造缺陷对铸件力学性能的影响时，气孔常被选为代表性缺陷[17-18]. 因此，本文在钢桁架实体有限元模型中建344西   南   交   通   大   学   学   报第 55 卷立球面凹坑型气孔缺陷. 不同等级的缺陷尺寸参照非平面型缺陷质量等级的划分[14]设置，2级球面凹坑型气孔缺陷在铸钢件厚度方向的尺寸为3 mm，缺陷表面半径为16.1 mm；3级缺陷在铸钢件厚度方向的尺寸为4 mm，缺陷半径为35.0 mm.缺陷出现的位置也具有一定的随机性，参照文献[3]选取了9处具有代表性的缺陷易发位置（①～⑨），其分布情况如图2所示[3]. 为了探讨铸造缺陷的尺寸大小、位置变化和分布情况对局部铸钢节点和整体工程结构的力学性能影响，文中建立了含不同缺陷组合的多个钢桁架模型进行研究. 本文缺陷模型主要分为4种：（1） 在图2所示的9个位置处分别建立单个2级铸造缺陷，共9个模型；（2） 在图2所示的9个缺陷位置处随机选择5个位置分别建立单个3级铸造缺陷，共5个模型；（3） 在9个位置中随机选择3个位置同时建立2级缺陷，共4个模型；（4） 在9个位置中随机选择5个位置同时建立2级缺陷，共1个模型.xyz987651234O图 2   铸造缺陷位置分布Fig. 2   Distribution of the casting defects1.3    有限元模型的网格敏感性分析采用10节点四面体Solid 187单元对桁架模型进行自由网格划分，不同区域网格尺寸不同. 对于非重点关注的工字梁、钢管区域可采用较粗的网格划分；对于重点关注的铸钢节点、铸造缺陷附近应选用较细的网格划分. 在铸钢节点缺陷位置 ② 处设置一个2级缺陷，按照表1中网格尺寸的设定对该模型进行网格划分，对比4套网格计算结果的异同，研究带缺陷铸钢节点钢桁架模型的网格敏感性.表 1   有限元模型的网格尺寸划分Tab. 1    Mesh size of the finite element model mm模型分区 第  1 套 第  2 套 第  3 套 第  4 套工字梁 50 79 79 100钢管 15 20 30   40铸钢节点 10 15 20   30缺陷位置   1   2   4     5在相同载荷条件下，当模型根据第1、2、3套网格的尺寸划分网格时，模型的计算结果几乎没有变化. 当模型按第4套网格的尺寸划分网格时，模型受力较按前3套网格尺寸划分的模型发生了一定的变化. 因此，第1、2、3套网格尺寸可以保证计算结果的准确性，第4套网格尺寸过大不符合计算要求. 网格划分的越精细计算时间越长，在保证计算精度的前提下又要提高计算效率，因此，本文的后续计算均按第3套网格的尺寸划分有限元模型.2    铸造缺陷对结构静力性能的影响本节主要讨论铸造缺陷对结构静力性能的影响，在桁架模型上弦杆中间位置施加集中载荷，载荷F = 1 000 kN，方向竖直向下，如图1所示.2.1    单个铸造缺陷对结构静力性能的影响2.1.1    单个铸造缺陷位置对结构静力强度的影响首先在四节间桁架从右数第2个铸钢节点中，根据图2所示的9个缺陷分布位置，每个模型只在一个缺陷位置处建立一个2级缺陷，一共建立9个含2级缺陷的模型. 以最大Mises应力表征结构的强度性能，在集中荷载作用下9个模型的整体桁架应力分布云图没有明显的变化，图3（a）给出了集中载荷作用下当缺陷位于位置 ② 时桁架结构整体应力云图. 提取9个模型中带缺陷铸钢节点的应力云图，通过对比可以发现，9个模型中铸钢节点的最大应力值从180～201 MPa不等，与不存在缺陷的铸钢节点最大应力值180 MPa相比，变化较小. 但是，在各缺陷附近的局部区域内，由于应力集中，应力分布差别较大，图3（b）给出了当缺陷位于位置 ② 时铸钢节点的应力分布云图.2.1.2    单个铸造缺陷位置对结构静力刚度的影响本节与2.1.1节的建模方法相同，建立9个含2级缺陷的钢桁架模型，并以最大位移表征结构的刚度性能. 集中荷载作用下，不含缺陷的钢桁架模型的整体及局部位移云图见 4. 9个带缺陷模型的整体和局部位移分布云图与不含缺陷模型的整体和局部位移分布云图（图4）相比均没有明显改变. 工字梁中部的挠度最大，从中部到桁架端部挠度逐渐减第  2 期 闫华东 ，等 ：铸造缺陷对铸钢节点钢结构力学性能的影响 345小；跨中附近的铸钢节点挠度较大，且位移呈带状分布. 因此，在集中荷载作用下，单个铸造缺陷的位置变化对桁架和铸钢节点刚度性能的影响较小.应力 /MPaMin应力 /MPaMinMax21.8 61.9 102.0 142.0 182.0Max(a) 整体应力云图(b) 局部应力云图85.1 255.0 425.0 595.0 765.0图 3   缺陷位于位置 ② 时钢桁架结构应力云图Fig. 3   Stress cloud diagram of the steel trussstructure when the defect is at ②位移 /mmMaxMaxMinMin5.53 5.77 6.01 6.24 6.480.90 2.70 4.51 6.31 8.11位移 /mm(a) 整体位移云图(b) 局部位移云图图 4   不含缺陷的钢桁架结构位移云图Fig. 4   Steel truss displacement contour without defects2.1.3    单个铸造缺陷等级对结构静力强度的影响本节讨论缺陷位置不变缺陷等级变化对铸钢节点静力强度的影响. 在位置 ①、②、③、④ 和位置 ⑨处分别建立等级均为3级的铸造缺陷，并将计算结果与相同缺陷位置处设 2级缺陷模型的应力云图进行对比，各模型的应力极值见表2. 通过表2可以发现，当铸钢节点存在单个3级铸造缺陷时，模型的应力极值与相同位置存在单个2级缺陷时变化不大，即缺陷大小对模型静力强度的影响不大.表 2   集中载荷作用下各模型的应力极值Tab. 2    Maximum stress ofeach model under concentrated load模型 铸造缺陷 位置 铸造缺陷 等级 Mises应力最大值 /MPa1 ① 2级 2002 ① 3级 2023 ② 2级 1824 ② 3级 1825 ③ 2级 1826 ③ 3级 1827 ④ 2级 1808 ④ 3级 1839 ⑨ 2级 20010   ⑨ 3级 2002.1.4    单个铸造缺陷等级对结构静力刚度的影响进一步对比了集中载荷作用下，单个缺陷尺寸变化对结构刚度的影响. 含单个3级缺陷模型的整体位移分布云图与相同位置处含单个2级缺陷模型的位移云图相近，并且缺陷尺寸的改变也没有对局部位移产生影响. 因此，铸造缺陷尺寸变化对局部铸钢节点和整体桁架结构的刚度性能均没有明显影响.2.2    多个铸造缺陷对结构静力性能的影响讨论不同位置的多个铸造缺陷对结构静力性能的影响，5个钢桁架模型的缺陷位置及等级设置见表3.表 3   不同模型的应力极值Tab. 3    Maximum stress of different model模型 铸造缺陷位置 铸造缺陷 等级 Mises应力最大值 /MPa11 ①、②、③ 2级 18212 ①、③、④ 2级 19813 ②、⑦、⑨ 2级 18214 ④、⑤、⑥ 2级 18315 ①、②、③、⑧、⑨ 2级 186铸钢材料GS-20Mn5V的屈服强度为280 MPa，通过表3列出的模型应力极值可知，各模型均处于弹性状态. 模型11至模型15中应力最大值均出现在带缺陷铸钢节点的主管左下部. 因此，铸造缺陷的346西   南   交   通   大   学   学   报第 55 卷分布情况对局部节点和整体结构应力分布的影响不大. 应该注意的是，模型11、12、15，均在位置 ①处存在2级铸造缺陷，应力极值分别为182、198、186 MPa，与仅在缺陷位置 ① 处存在一个2级铸造缺陷时的应力极值200 MPa（模型1）相比，产生了一些变化. 因此，铸造缺陷的分布情况对结构的应力极值大小有一定程度的影响.按照《铸钢件超声探伤及质量评级标准》（GB/T 7233—2009）[14]的规定，模型11～15的质量等级均为2级，模型2、4、6、8、10的质量等级均为3级. 因此，模型11～15的质量等级高于模型2、4、6、8、10的质量等级. 但是，按照铸钢节点强度条件（应力极值越小，模型质量越好），上述模型的质量等级由好到差的排列顺序应为：模型4 = 模型6 = 模型11 = 模型13 > 模型8 = 模型14 > 模型15 > 模型12 > 模型10 > 模型2. 通过对比结果可以看出，两种方法下的模型质量等级划分有较大差异，因此，规范[14]中的铸造质量等级评定方法是不完善的，对铸钢件进行质量等级评定时，缺陷所处位置和缺陷分布形式需要同时予以考虑.3    铸造缺陷对结构疲劳性能的影响由于铸造缺陷相较于结构而言太小，并且受静力加载的特点所限，局部缺陷对整体工程结构的影响无法全面体现. 但是实际工程中，结构在服役期内多是承受交变载荷[19-20]. 疲劳载荷作用下，局部效应发挥的作用远远大于静载作用下，所以本节研究铸造缺陷的尺寸大小、位置变化及分布情况对结构疲劳性能的影响.在钢桁架模型上进行等幅集中疲劳荷载加载，加载位置如图1所示，最大荷载fmax = 1 000 kN，最小荷载fmin = −1 000 kN，载荷形式如图5所示.FOfmaxfmint图 5   等幅疲劳载荷示意Fig. 5   Schematic diagram ofconstant-amplitude fatigue loading3.1    铸钢节点的修正S-N曲线莫建华[21]进行了成组的GS-20Mn5V铸钢材料疲劳试验，将试验数据进行双对数拟合，得到95%置信度的材料应力-疲劳寿命（S-N）曲线，见式（1）.由于铸钢节点处于重要位置需要足够的安全储备，因此选取下限疲劳应力幅寿命曲线进行铸钢节点的疲劳寿命估算. 莫建华[21]还运用小子样升降法进行材料的疲劳极限测定，估计铸钢材料疲劳极限的上限值为208.0 MPa、中值为201.3 MPa、下限值为187.2 MPa. 将小子样升降法得到的疲劳极限数据与成组的常规试验法测定的疲劳数据结合在一起，得到完整的S-N曲线.lgN =8>>>>>>>:36:759 1 13:005 5 lgS;上限;34:572 7 12:191 7 lgS;中值;28:902 8 9:958 1 lgS;下限:（1）本文需要根据铸钢节点中计算点位置处的尺寸和表面粗糙程度计算修正因子[22]，对GS-20Mn5V铸钢材料光滑试样的下限S-N曲线进行修正，得到构件的寿命曲线.修正的下限S-N曲线为lgN = 28:902 8 9:958 1 lg(SK D); （2）K D式中：   为修正因子.修正的疲劳极限值为1D =   1KD; （3）1式中：   为光滑试样的疲劳极限.修正因子的计算公式为K D = K s“ 1; （4）K sK s “11式中：   为粗糙表面的疲劳缺口系数，因本文所求的是缺口应力，故    = 1；   为尺寸系数，根据铸钢节点中各缺陷所在位置处的厚度求得[22]，其具体数值见表4；   为表面加工系数，查阅表面加工系数线图[23]可知    = 0.65.表 4   各缺陷位置处的尺寸系数Tab. 4    Size factor at defect locations缺陷位置 ①、⑨ ②、④、⑧ ③、⑤ ⑥ ⑦尺寸系数 0.95 0.90 0.83 0.82 0.80K D将分析所得的各参数代入式（4），即可求得每个缺陷位置处的修正因子   ，进一步可以求出每个缺陷位置处的修正S-N曲线，如图6所示. 根据铸钢节点缺陷位置处的应力幅，查找修正的S-N曲线，即可求出含缺陷模型的循环周次.第  2 期 闫华东 ，等 ：铸造缺陷对铸钢节点钢结构力学性能的影响 3474.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.52.002.052.102.152.20lg Slg N缺陷  ⑦缺陷  ⑥缺陷  ③、⑤缺陷  ②、④、⑧缺陷  ①、⑨图 6   带缺陷铸钢节点的修正S-N曲线Fig. 6   Modified S-N curves for cast steel joint with defects3.2    单个铸造缺陷对结构疲劳性能的影响3.2.1    单个铸造缺陷位置对结构疲劳性能的影响本节在四节间桁架从右数第2个铸钢节点中根据图2所示的9个缺陷位置，分别建立了9个带缺陷桁架模型，缺陷大小均为2级. 提取9个模型中各缺陷位置处的最大应力幅，并根据各缺陷位置处的修正S-N曲线，求得模型的局部疲劳寿命，其数值详见表5.表 5   缺陷位置对模型疲劳寿命的影响Tab. 5    The effect of defect location onfatigue life of models模型 铸造缺陷位置 铸造缺陷等级 疲劳寿命 /（× 105 周次）A ① 2级 2.43B ② 2级 3.49C ③ 2级 1.91D ④ 2级 —E ⑤ 2级 —F ⑥ 2级 —G ⑦ 2级 —H ⑧ 2级 49.4I ⑨ 2级 23.65注： — 表示应力幅低于修正后的疲劳极限，达到无限寿命 .按照评定框[14]的质量等级评定方法，上述9个模型均为2级. 但在相同的载荷条件下，9个模型的局部疲劳寿命呈现出分散性. 缺陷位于位置 ①、②、③ 时，模型的疲劳寿命较小，说明这3处位置存在缺陷时铸钢节点的安全裕度较小，因此缺陷位置①、②、③ 均属于高危区域；当缺陷位于 ④、⑤、⑥、⑦ 时，应力幅低于该处修正后的疲劳极限，达到无限寿命，安全裕度较大. 因此，缺陷位置对模型的疲劳性能有显著影响.3.2.2    单个铸造缺陷等级对结构疲劳性能的影响在位置 ①、③、④ 和位置 ⑨ 处分别建立单个铸造缺陷，缺陷大小为3级，各模型的局部疲劳寿命见表6. 与相同位置处存在单个2级缺陷的模型进行比较，以观察铸造缺陷等级对结构疲劳寿命的影响.表 6   缺陷等级对模型疲劳寿命的影响Tab. 6    The effect of defect size on fatigue life of models模型 铸造缺陷位置 铸造缺陷等级 疲劳寿命 /（× 105 周次）J ① 3级 0.55K ③ 3级 0.68L ④ 3级 —M ⑨ 3级 2.90注： — 表示应力幅低于修正后的疲劳极限，达到无限寿命 .2:43 1050:55 105当铸钢节点仅在位置 ① 处存在单个2级铸造缺陷时（模型A），其疲劳寿命为   周次，而在该点处存在单个3级铸造缺陷时，其疲劳寿命为周次，位置相同缺陷等级不同时，模型局部疲劳寿命相差一个数量级. 同样，当铸钢节点在位置 ③、⑨ 处包含单个3级铸造缺陷时，其疲劳寿命均小于相同位置处包含单个2级缺陷模型的疲劳寿命. 相同的载荷条件下，同一位置存在的铸造缺陷等级越高，模型的局部疲劳寿命越小.3.3    多个铸造缺陷对结构疲劳性能的影响本节讨论不同位置同时存在铸造缺陷对结构疲劳性能的影响. 对4个带铸造缺陷的钢桁架模型施加等幅疲劳载荷，提取缺陷处的局部应力，根据修正的S-N曲线，求得局部疲劳寿命，见表7.0:34 105 0:32 105 0:36 1052:43 1051:64 105 1:52 105 1:64 1053:49 105表7中的模型N、O和Q均在位置 ① 处存在2级铸造缺陷，同时在其它位置处存在缺陷. 在相同的荷载条件下，3个模型位置 ① 处的局部疲劳寿命分别为   、   、   周次，均小于铸钢节点仅在位置 ① 处存在一个2级铸造缺陷时（模型A）的疲劳寿命（   周次），寿命相差一个数量级. 同样，模型N、P和Q均在位置 ② 处存在2级铸造缺陷，同时在其它位置存在缺陷，在相同的荷载条件下，3个模型位置 ② 处的局部疲劳寿命分别为   、   、   周次，均小于铸钢节点仅在位置 ② 处存在一个2级铸造缺陷时（模型B）的疲劳寿命（   周次）. 铸造缺陷的分布对模型局部疲劳寿命的影响较大，对于包含多个铸造缺陷的模型其疲劳性能要劣于只包含单个铸造缺陷的模型.348西   南   交   通   大   学   学   报第 55 卷表 7   缺陷分布对模型疲劳寿命的影响Tab. 7    The effect of defect distribution onfatigue life of models模型 铸造缺陷位置 铸造缺陷等级 疲劳寿命 /（× 105 周次）N① 2级 0.34② 2级 1.64③ 2级 1.64O① 2级 0.32③ 2级 1.64④ 2级 —P② 2级 1.52⑧ 2级 —⑨ 2级 8.67Q① 2级 0.36② 2级 1.64③ 2级 1.64⑧ 2级 —⑨ 2级 8.67注： — 表示应力幅低于修正后的疲劳极限，达到无限寿命 .4    结 论（1） 本文计算并比较分析了包含铸钢节点的钢桁架结构在集中荷载作用下，铸造缺陷等级、位置及分布情况对结构局部和整体静力性能的影响. 计算结果表明：铸造缺陷的尺寸、位置和分布对局部铸钢节点及整体桁架结构的强度性能、刚度性能的影响均可不计；对铸造缺陷附近的应力分布具有一定的影响.（2） 铸造缺陷等级、位置及分布情况对钢桁架结构局部疲劳性能的影响非常显著，铸造缺陷等级越高，铸造缺陷数量越多，构件疲劳寿命值越小.（3） 对铸钢节点进行质量等级评定时，现有的只根据缺陷最严重部位处的缺陷尺寸来评定整个节点的铸造质量等级的方法不够合理. 综合考虑缺陷等级、缺陷位置和缺陷分布等因素的影响，评定结果会更可靠.（4） 铸钢件中铸造缺陷的大小、位置都具有随机性，将9个具有代表性的缺陷位置随机组合以模拟缺陷的随机分布，但缺陷一旦出现在节点上，其尺寸大小及位置就是确定的. 若通过一定的手段实现缺陷大小及位置的随机模拟，可以更准确地了解缺陷对结构力学性能的影响，这将是今后努力的方向.致谢：感谢东南大学江苏省工程力学分析重点实验室开放课题、江苏省高校优势学科建设工程资助项目.参考文献：劳唯中，周观根，游桂模.  杭州奥体博览中心主体育场铸钢节点关键技术[J].  施工技术，2015，44(8)： 37-40.LAO Weizhong， ZHOU Guan’gen， YOU Guimo.  Thekey technology of cast steel joint of Hangzhou olympicand  international  expo  center[J].  Construction  Tech-nology， 2015， 44(8)： 37-40.[  1  ]隋庆海.  新郑国际机场T2航站楼结构设计与分析[J].  建筑结构，2015，45(7)： 76-80.SUI  Qinghai.   Design  and  analysis  of  Xinzhenginternational airport T2 terminal[J]. Building Structure，2015， 45(7)： 76-80.[  2  ]SENTA S， NUSSBAUMER A， HIRT M A.  Fatiguebehavior of cast steel nodes in bridge structures[C]//Proceedings of the 10th International Symposium onTubular Structures.  [S.l.]：Balkema Publishers， 2003：357-364.[  3  ]HALDIMANN-STURM  S  C，  NUSSBAUMER  A.Fatigue  design  of  cast  steel  nodes  in  tubular  bridgestructures[J]. International Journal of Fatigue， 2008，30(3)： 528-537.[  4  ]NUSSBAUMER A.  Defect tolerances of steel castingsin bridge structures：project IC 438[R].  Zurich：SwissFederal Institute of Technology， 2005： 1-3.[  5  ]NUSSBAUMER  A，  HALDIMANN-STURM  S  C.Fatigue of bridge joints using welded tubes or cast steelnode  solution[C]//Proceedings  of  the  2006  IIWInternational Conference：Tubular Structures.  QuebecCity： [s.n.]， 2006： 56-63.[  6  ]陈海洲.  铸钢节点的疲劳性能与设计研究[D].  上海：同济大学，2009.[  7  ]靳慧，李菁，李爱群.  波浪载荷下海中观光塔铸钢节点疲劳强度验算[J].  西南交通大学学报，2010，45(5)：692-697.JIN Hui， LI Jing， LI Aiqun.  Checking calculation offatigue strength for cast steel joints of offshore tourtower  under  wave  loads[J].  Journal  of  SouthwestJiaotong University， 2010， 45(5)： 692-697.[  8  ]JIN H， LI J， MO J H， et al.  Fatigue of girth butt weldfor cast steel node connection in tower structure underwave loadings[J]. Structural Design of Tall and SpecialBuildings， 2014， 23(15)： 1119-1140.[  9  ]SHARP J V， MA A.  Fatigue design of cast steel nodesin  offshore  structures  based  on  research  data[J].  IceProceedings Water Maritime & Energy， 1997， 124(2)：112-126.[10](下转第371页)第  2 期 闫华东 ，等 ：铸造缺陷对铸钢节点钢结构力学性能的影响 349squeal  problem[C]//Proceedings  of  the  29th  ISATAConference  Automotive  Braking  Systems.   Florence：[s.  n.]， 1996：337-344.赵晓男，陈光雄，崔晓璐，等.  高速列车车轮多边形磨耗的形成机理及影响因素探究[J].  表面技术，2018，47(8)： 8-13.ZHAO Xiaonan， CHEN Guangxiong， CUI Xiaolu， etal.  Study on the formation mechanism and influencingf