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)
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。
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。
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。
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
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
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。
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