根據(jù)實際結(jié)構(gòu)布置，我們進行結(jié)構(gòu)的初步分析，采用SAP2000結(jié)構(gòu)計算軟件，結(jié)構(gòu)的翼緣和腹板采用實體單元，在栓釘位置采用普通梁元模擬，為了分析螺栓的連接性能，我們設(shè)定翼緣和腹板之間2mm間隙(實際結(jié)構(gòu)遠沒有這么大)，初步分析結(jié)構(gòu)模型中不考慮實際結(jié)構(gòu)中連接耳板的作用。結(jié)構(gòu)的分析模型如圖5。經(jīng)過分析后得到結(jié)果如表1。
表1 實際結(jié)構(gòu)的初步分析結(jié)果匯總
圖5栓接T型鋼初步分析模型
根據(jù)結(jié)構(gòu)的初步分析可以得出，栓接T型鋼在5.7米標(biāo)高有面內(nèi)支承，形成連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的剛度能夠滿足要求規(guī)范要求，因為未考慮材料塑性，所以栓釘?shù)募袅χ抵皇抢硐?a href='../../zsk/ct.asp?id=7503' target='_blank' style='font-size:1em; border-bottom:1px dotted blue;'>彈性狀態(tài)下的結(jié)果，但大體反應(yīng)了栓釘群受力狀態(tài)。對我們的試驗方案有參考價值。
5.2試驗方案制定
與一般組合梁一樣，在結(jié)構(gòu)整體計算通過的情況下，結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)就是連接部分了。栓接T型鋼的栓釘承載力對整個結(jié)構(gòu)的耐久性至關(guān)重要。因此我們決定對T型鋼進行靜力和10萬次疲勞測試，以確保結(jié)構(gòu)安全。試驗?zāi)康?a.考察栓釘連接方式的T型鋼在靜力和動力作用下的結(jié)構(gòu)性能。B.驗證理論分析的是否正確。我們委托東南大學(xué)工程結(jié)構(gòu)與材料試驗中心進行該項試驗。
為了真實的模擬T型鋼梁的實際可能的荷載狀態(tài)，本次采用高頻疲勞和低周頻勞滿負荷試驗，試驗要求T梁的下弦最大應(yīng)力幅達到150Mpa左右，另外由于疲勞機噸位較大，結(jié)構(gòu)的剛度不能太小，否則無法成功循環(huán)加載。由于T型鋼總長10米，采用1:1模型試驗有困難，根據(jù)栓接T型鋼的初步分析中栓釘?shù)募袅Ψ植记闆r，依據(jù)栓釘剪力和彎矩等效原則，考慮結(jié)構(gòu)疲勞試驗要求，我們分別采用2.1米跨度梁承受高頻4KN～26KN正弦波循環(huán)荷載，4.2米跨度梁承受低周4KN～14KN正弦波循環(huán)荷載。這樣既接近實際鋼梁尺寸，又能夠有足夠的剛度使疲勞機加載能夠得以順利進行。兩種跨度梁均采用試驗室易于實現(xiàn)的簡支條件，相對于實際結(jié)構(gòu)的連續(xù)梁體系，該邊界條件對T型鋼梁的承載更不利。兩種跨度梁的初步計算結(jié)果如表2所示:
表2 在14KN靜荷載作用試驗用栓接T型鋼的初步分析
|
跨度 |
邊界條件 |
下弦最大拉應(yīng)力（Mpa） |
最大位移（mm） |
螺栓中剪力（KN） |
|
最大剪力 |
相應(yīng)位置 |
|
2．1 |
簡支 |
151 |
7.7 |
30 |
支座端 |
|
4．2 |
簡支 |
140 |
22.2 |
31 |
支座端 |
6.有限元精細模型分析
為了更準(zhǔn)確的分析結(jié)構(gòu)的真實受力狀態(tài)，我們又采用ANSYS軟件進行精細模型分析，栓接T型鋼的有限元精細模型見圖 6，上翼緣和腹板以及栓釘均采用SOLID92單元，該單元為帶邊中點的四面體單元，10個節(jié)點，每個節(jié)點3個自由度，能夠適用于彈塑性，幾何非線性等結(jié)構(gòu)分析中。由于在螺栓擰緊后，螺帽與翼緣板焊牢，所以在建模時省卻螺帽，僅僅建立螺桿（詞條“螺桿”由行業(yè)大百科提供）模型。翼緣與腹板之間采用面面接觸單元，接觸算法選用Augment-Lagrange乘子算法。栓釘連接施工時，沒有進行嚴(yán)格的扭力測試，預(yù)緊力（詞條“預(yù)緊力”由行業(yè)大百科提供）無法估出，故在精細模型中不計螺栓預(yù)緊力。在該模型中還將T型鋼梁平面外連接板作用考慮在內(nèi)，經(jīng)計算分析連接板對栓接T型鋼梁的作用不可忽略。
圖6 栓接T型鋼有限元精細模型
建設(shè)單位： 北京首都國際機場擴建指揮部
工程地點： 北京首都國際機場內(nèi)
設(shè)計單位： 中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計研究院
建筑高度：33m
幕墻面積：46800m2
幕墻類型：鋁合金玻璃幕墻、鋁板
栓接T型鋼與焊接T型鋼(未經(jīng)過焊縫磨平)的承載力和剛度的區(qū)別也為我們所關(guān)注，所以我們還進行了焊接T型鋼的精細模型分析，焊接T型鋼的翼緣腹板完全連接，全部采用Solid92單元。為了方便比較對照，焊接T型鋼也采用4.2米跨度，簡支。
下面首先進行的是與實驗結(jié)構(gòu)相同T型鋼梁的理論分析。由于T梁的幾何和受載具有對稱性，根據(jù)結(jié)構(gòu)對稱原理，選取T型鋼模型一半進行分析。
6.1焊接T型鋼分析結(jié)果
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