某工程大型鋼桁架節(jié)點試驗與分析

朱志斌 （安徽省銅陵市西湖新區(qū)建設(shè)管理委員會，安徽 銅陵 244000）

1 工程概況

試驗工程屋面為巨型H型鋼桁架，屋面主要桁架平面布置及現(xiàn)場照片詳見圖 1、2。該工程屋面中 GHJ-7、GHJ-8、GHJ-9鋼桁架跨度為32.4m，GHJ-1a、GHJ-3等桁架懸挑長度為8.5m。懸挑端部設(shè)置鋼吊柱，吊柱外側(cè)安裝約9m金屬幕墻。因桁架跨度較大及屋面恒載較大、吊裝安裝難度高，為了解屋面桁架工程整體施工狀況，由建設(shè)與設(shè)計單位提出對桁架重要節(jié)點桿件應(yīng)力及撓度進行監(jiān)測與分析。

2 監(jiān)測范圍及內(nèi)容

依據(jù)該工程結(jié)構(gòu)受力特征、設(shè)計要求及施工質(zhì)量控制重點，本次檢測選擇以下內(nèi)容：①14/F軸、14/K軸桁架節(jié)點桿件應(yīng)變（應(yīng)力）檢測，觀測節(jié)點處各桿件在屋面恒荷載施工過程中應(yīng)變（應(yīng)力） 增量；②GHJ-7、GHJ-8、GHJ-9跨中，GHJ-1、GHJ-2、GHJ-3懸挑端撓度監(jiān)測，觀測在屋面等恒荷載加載過程中各處撓度增量。

3 模型及數(shù)值分析

在現(xiàn)場試驗前通過MIDAS有限元軟件建立鋼桁架整體有限元模型，如圖3所示。依據(jù)圖紙和相關(guān)文獻中荷載等效方法[1～5]建立有限元數(shù)值模型。通過模型數(shù)值分析得到理論值，為檢測點布置位置提供參考。通過數(shù)值模擬得到試驗荷載作用下屋面桁架整體與局部變形及各桿件應(yīng)力。試驗荷載下桁架變形如圖4所示。

4 試驗數(shù)據(jù)分析

按預(yù)定檢測內(nèi)容要求，通過布置在14/F軸、14/K軸桁架節(jié)點各桿件上下翼緣板的振弦式表面應(yīng)變計及各觀測點撓度測點，得到了桁架在屋面及吊掛幕墻荷載作用下的節(jié)點桿件應(yīng)力及桁架撓度變化值。具體數(shù)據(jù)詳見表1～表2所示。（因節(jié)點桿件較多，表2～表4中桿件標(biāo)注采用所在位置方向進行注釋，具體方位詳見圖5所示）。

桁架跨中撓度實測值與理論值(mm) 表1

節(jié)點上弦桿件應(yīng)力（με） 表2

5 檢測結(jié)果分析

通過實測數(shù)值與理論值對比發(fā)現(xiàn)：

①在試驗荷載作用下各測點實測撓度值均小于數(shù)值模型計算值及規(guī)范限值；

②理論分析結(jié)構(gòu)與實測數(shù)值一致，數(shù)值模型能準(zhǔn)確反映工程真實受力狀況；

③由實測數(shù)據(jù)及模型分析結(jié)果顯示，14/F軸節(jié)點因懸挑端荷載產(chǎn)生較大負彎矩值，在東西向桿件（上下弦及腹桿）產(chǎn)生較大應(yīng)力，南北向桿件應(yīng)力較小；

④14/K軸節(jié)點桿件因K～1/Q軸32.4m跨桁架在屋面恒載作用下產(chǎn)生較大剪力與彎矩，致使節(jié)點處各桿件應(yīng)力均大于14/F軸節(jié)點桿件應(yīng)力。

節(jié)點下弦桿件應(yīng)力（με） 表3

節(jié)點腹桿件應(yīng)力（με） 表4

6 結(jié) 語

本文未能對鋼桁架設(shè)計與研究做出細致分析，但數(shù)值分析與現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)有較高的吻合，進一步驗證了有限元分析方法的合理性，為今后類似工程的設(shè)計與研究提供經(jīng)驗參考。

[1]騰菲.天津圖書館主體鋼結(jié)構(gòu)分析及重要節(jié)點研究[D].天津：天津大學(xué)，2011.

[2]司景龍.某大劇院結(jié)構(gòu)工程設(shè)計與分析[D].重慶：重慶大學(xué)，2013.

[3]芮明倬,劉明國,汪大綏，等.國家圖書館二期工程巨型鋼桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].建筑結(jié)構(gòu),2007(3).

[4]GB50017-2012，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2012.

[5]張韜.某大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)施工控制研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2013.