鋼結構結構性能對加工和安裝偏差的敏感性研究

王立

攀鋼集團工程技術有限公司成都分公司

摘要：鋼結構主要包括單層和多層框架，這些框架都是通過建立參數化模型，并利用有限元分析軟件來規范鋼結構在加工和安裝偏差數據，然后將這些數據作為輸入參數，將最大位移、最大應力以及非線性穩定承載能力等數據作為輸出數據，從而來研究鋼結構性能對加工和安轉偏差的敏感性?；诖?，本文首先簡單的介紹一下鋼結構加工和安裝偏差分類以及靈敏度分析的基本原理，隨后主要從單層鋼結構對加工和安裝偏差的敏感性進行研究。

關鍵詞：鋼結構;結構性能;加工和安裝;敏感性

隨著我國對鋼材料應用政策的不斷推廣，使著我國的建筑鋼結構得到了飛速的發展。特別是在上海北京等發展較快的城市，已經陸續建立起很多的高層鋼結構建筑，這些鋼結構建筑材質輕、強度高、抗震性能極好，因此被建筑施工能廣泛應用。但是其結構性能對加工和安裝偏差的名感性影響極強，因此要加強鋼材料結構工程的質量，從而保證鋼結構建筑的正常加工和安裝。本文首先對鋼結構加工和安裝偏差分類進行了分析，并對靈敏度分析的基本原理做出了解釋，隨后從單層鋼結構對加工和安裝偏差的敏感性進行研究。

一、鋼結構加工和安裝偏差分類

在進行鋼結構工程的加工和安裝過程往往會因為各式各樣的因素出現偏差，而這些加工和安裝偏差可根據《鋼結構施工質量驗收規范》的要求，按照單層鋼結構、多層鋼結構以及各種加工和安裝過程中的偏差進行分類[1]。首先對于單層鋼結構加工和安裝偏差而言，主要分為五類，分別是：單層鋼結構柱彎取矢量偏差;單層鋼結構柱軸線垂直度偏差;單層鋼結構梁側向彎曲矢高偏差;柱腳底座中心線對定位軸線的偏差;中柱腳定位偏差梁跨中垂直度偏差（圖一）。

（圖一）單層鋼結構梁跨中垂直度偏差圖

多層鋼結構加工和安裝偏差主要包括五類，分別是：多層鋼結構主體結構整體平面彎曲偏差;多層鋼結構主體結構整體垂直度偏差;多層鋼結構單節柱垂直度偏差;多層鋼結構上下柱連接錯口偏差;多層鋼結構同一根梁兩端頂面高差偏差（見圖二）。

（圖二）多層鋼結構同一根梁兩端頂面高差偏差圖

二、靈敏度分析的基本原理

對于鋼結構性能對加工和安裝偏差的敏感性測試而言，目前主要使用的軟件還是大型有限元分析軟件ANSYS，這種靈敏度分析利用的是有限元的概率設計，通過對輸入參數的研究，從而判斷出體系輸出參數的特性和影響范圍。ANSYS軟件可以提供秩相關系數和皮爾遜積矩相關系數兩種系數以及響應面法和蒙特卡羅法等概率設計方法，從而更好地進行敏感性測試，但是在實際測量中，一般都采用蒙特卡羅法[2]。具體的靈敏度計算過程見下圖三。

（圖三）概率靈敏度分析數據流程圖

三、單層鋼結構對加工和安裝偏差的敏感性

（一）最大應力對加工和安裝偏差的敏感性研究

在進行敏感性分析時，首先需要估計一個總體參數范圍區間，也就是顯著性水平。顯著性水平一般都在0到1之間，如果數值越大，那么原假設就會有很大的可能性被否定。因此，如果顯著性水平的值越高，其對結構性能的影響越高，就需要重視結構體系的影響，但會影響計算效率。如果顯著性水平的值越低，對結構影響較小的變量就可以忽視，同時提高計算效率。根據相關分析表明，最大應力對柱腳定位偏差的敏感性最大，之后是柱軸線垂直度偏差，最后則是梁側向彎曲矢高偏差。根據敏感性測量結果，在進行加工和安轉過程中施加最大應力時，要將這三種偏差視為控制重點[3]。

（二）最大位移對加工和安裝偏差的敏感性分析

在研究最大位移對加工和安裝偏差的敏感性時，首先要規定顯著水平為2.5%，之后將最大位移作為輸入參數，可以得出最大位移對左右兩側柱腳定位偏差的影響最大，其次便是中柱腳定位偏差，敏感度影響最小的便是柱垂直度偏差，而對于梁側向彎曲矢高的偏差沒有任何影響[4]。因此，找到結構最大位移為響應量時，將左右兩側柱腳定位偏差作為控制的重點，同時也要重點注意中柱腳定位偏差和柱垂直度偏差。

（三）單層鋼結構屈曲荷載系數對加工和安裝偏差的敏感性研究

首先將屈曲荷載系數作為輸出參數，根據輸出參數的結果研究可得出在模擬循環初期，屈曲荷載系數的方差歷史和均值歷史的波動很大，而且迭代次數越多（差不多為2000次），波動范圍減小，最后達到一個穩定的數值，表明方差和均值已經收斂，符合抽樣需求，同時得出的最大應力值和最大位移值區間范圍的可信度較高[5]。

四、結語：

總而言之，隨著鋼結構在建筑行業的不斷應用，給建筑行業帶來了很好的發展前景，但是鋼材料加工和安裝偏差對結構性能的影響也比較大。為了盡可能消除偏差，保障鋼材料結構性能，本文首先分析了鋼結構加工和安裝偏差分類以及靈敏度分析的基本原理，并從單層鋼結構對加工和安裝偏差的敏感性進行研究，從而更好的規避鋼材料加工和安裝上的問題。

參考文獻：

[1]仝曉莉，陳志華，趙中偉，etal.考慮施工影響的大跨度鋼結構溫度效應及敏感性研究[J].工業建筑，2018（8）.

[2]張國松，俞嘉俊，毛建光，etal.鋼結構連廊加工制作、安裝過程中的變形值與預留量的控制[J].建筑施工，2017（9）.

[3]舒羅生.鋼結構橋梁的加工安裝技術研究[J].科技風，2017（14）：125-125.

[4]陳秋汝.裝配式鋼結構住宅圍護體系結構性能試驗研究及數值分析[D].2017.

[5]公永建，劉國華，鄧想.高性能建筑結構鋼Q345GJB厚板的焊接工藝研究[J].熱加工工藝，2017（13）：220-221+224.