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玻璃幕墙栓接“T型钢梁”全解析!T颖而出

发布时间:2022-01-05访问:186作者:

  本文先容了北京首都国际机场专机与公事机楼玻璃幕墙工程栓接T型钢梁的组织策画,剖判了栓接T型钢梁组织受力特质,采用了非线性有限元估计准备法子,并通过组织试验实行了验证。

  北京首都国际机场专机与公事机楼玻璃幕墙工程幕墙面积约为28000平方米,厉重由石材幕墙、铝合金玻璃幕墙、玻璃采光顶等构成。此中铝合金玻璃幕墙一面支柱组织采用了栓接T型钢梁组织(如图2)。

  专机与公事机楼玻璃幕墙工程采用T型钢梁行动厉重承力系统。施工图深化策画初始采用焊接T型梁,并央求正在加工结束后将焊缝刨平,以维系表观爽快,场面。这种做法,对焊缝的央求很高,必需全熔透,不然会由于焊缝高度低落而对组织的受力形成晦气影响。因而这种策画必定导致工艺纷乱,施工周期长。为了包管进度,同时又不影响表观。将焊接T型梁改为栓接T型梁。T型梁翼缘和腹板采用大六角头8.8级M8高强螺栓连绵,间距300mm,加劲板兼平面表栓接T型横梁的连绵板每1200mm一块(整体陈设参见图3)。如此转移后,T型钢梁加工速率疾,表观更爽快。但其受力功能需求进程试验和表面剖判验证。

  栓接T型梁的主体组织采用Q235钢,其原料的本构合连弧线高强螺栓,有用截面直径6.827mm。有用截面面积S=36.587mm2。该类螺栓的抗拉,抗剪强度检测值判袂为:Ft=32.67KN;Fv=25.83KN。因而遵循《钢组织策画模范(GB50017-2003)》,其投降强度为:fu=32.67/36.587×1000=892.94Mpa;抗拉强度策画值ft=fu/2=446Mpa;抗剪强度策画值fv=Fv/s/2.5=282Mpa。该螺栓经测试知足模范规矩的抗拉强度策画值ftb=400n/mm2;抗剪强度策画值fvb=250N/mm2的央求。螺栓因为是高强钢,其本构合连采用双折线(b),弧线E。组织估计准备采用美国CSI公司的组织策画软件Sap2000实行组织的开始剖判。采用美国ANSYS公司有名的通用有限元剖判软件ANSYS实行精确的三维组织有限元剖判。

  北京区域根基风压:0.45KN/m2;抗震设防烈度:8度(0.20g);地面粗超度:B类;风荷载体型系数:1.2;玻璃横向网格为1.548米, 策画标高10.6米。T型钢为持续梁,总长10.04米,一层跨度5.17米,二层跨度4.89米。幕墙构件自重尺度值:Gks=0.8 KN/m2

  式中:Wk---效用正在幕墙上的风荷载尺度值(kN/m2),目标笔直于板面;

  遵循本质组织陈设,咱们实行组织的开始剖判,采用SAP2000组织估计准备软件,组织的翼缘和腹板采用实体单位,正在栓钉处所采用浅显梁元模仿,为了剖判螺栓的连绵功能,咱们设定翼缘和腹板之间2mm间隙(本质组织远没有这么大),开始剖判组织模子中不探究本质组织中连绵耳板的效用。组织的剖判模子如图5。进程剖判后获得结果如表1。

  遵循组织的开始剖判可能得出,栓接T型钢正在5.7米标高有面内支承,造成持续梁组织,组织的刚度或许知足央求模范央求,由于未探究原料塑性,因而栓钉的剪力值只是理念弹性形态下的结果,但大致反映了栓钉群受力形态。对咱们的试验计划有参考代价。

  与通常组合梁相通,正在组织全部估计准备通过的情形下,组织的衰弱枢纽便是连绵一面了。栓接T型钢的栓钉承载力对全面组织的耐久性至合首要。以是咱们决策对T型钢实行静力和10万次劳累测试,以确保组织安闲。试验主意:a.考核栓钉连绵方法的T型钢正在静力和动力效用下的组织功能。B.验证表面剖判的是否精确。咱们委托东南大学工程组织与原料试验核心实行该项试验。为了的确的模仿T型钢梁的本质或者的荷载形态,本次采用高频劳累和低周频劳满负荷试验,试验央求T梁的下弦最大应力幅到达150Mpa驾驭,其它因为劳累机吨位较大,组织的刚度不行太幼,不然无法获胜轮回加载。因为T型钢总长10米,采用1:1模子试验有贫穷,遵循栓接T型钢的开始剖判中栓钉的剪力漫衍情形,依照栓钉剪力和弯矩等效规则,探究组织劳累试验央求,咱们判袂采用2.1米跨度梁继承高频4KN~26KN正弦波轮回荷载,4.2米跨度梁继承低周4KN~14KN正弦波轮回荷载。如此既靠近本质钢梁尺寸,又或许有足够的刚度使劳累机加载或许得以就手实行。两种跨度梁均采用试验室易于实行的简支前提,相看待本质组织的持续梁系统,该范围前提对T型钢梁的承载更晦气。两种跨度梁的开始估计准备结果如表2所示:

  为了更切确的剖判组织的的确受力形态,咱们又采用ANSYS软件实行工致模子剖判,栓接T型钢的有限元工致模子见图 6,上翼缘和腹板以及栓钉均采用SOLID92单位,该单位为带边中点的四面体单位,10个节点,每个节点3个自正在度,或许合用于弹塑性,几何非线性等组织剖判中。因为正在螺栓拧紧后,螺帽与翼缘板焊牢,因而正在筑模时省却螺帽,仅仅设立筑设螺杆模子。翼缘与腹板之间采用面面接触单位,接触算法选用Augment-Lagrange乘子算法。栓钉连绵施工时,没有实行肃穆的扭力测试,预紧力无法估出,故正在工致模子中不计螺栓预紧力。正在该模子中还将T型钢梁平面表连绵板效用探究正在内,经估计准备剖判连绵板对栓接T型钢梁的效用不成大意。

  栓接T型钢与焊接T型钢(未进程焊缝磨平)的承载力和刚度的区别也为咱们所眷注,因而咱们还实行了焊接T型钢的工致模子剖判,焊接T型钢的翼缘腹板全部连绵,扫数采用Solid92单位。为了简单对比比照,焊接T型钢也采用4.2米跨度,简支。下面首优秀行的是与试验组织相像T型钢梁的表面剖判。因为T梁的几何和受载拥有对称性,遵循组织对赞扬理,挑选T型钢模子一半实行剖判。

  6.1.1工况2(11.7KN)效用下组织变形和应力漫衍4.2米梁的工况2总程度荷载为11.7KN(后文均正在工况名后的括号内给出荷载值)。图8~9给出了正在工况2效用下组织的位移和应力漫衍。

  6.1.2正在极限荷载(45KN)前提下组织的变形和应力漫衍正在极限荷载(45KN)前提下组织的变形和应力漫衍如图10~11。由图11可能看出,正在到达最大承载力时,组织跨中截面险些扫数进入塑性,造成塑性铰,组织成为机构,从而失掉承载才力。

  6.2.1工况2(11.7KN)效用下组织变形和应力漫衍工况2(11.7KN)前提下组织的变形和应力漫衍如图13~14,工况2(11.7KN)前提下组织中受力最大的栓钉应力漫衍如图15~16。图12中因为支座左近的应力聚合,其发作局限塑性。正在跨中,截面未进入塑性。

  通过栓钉的受力可能看出,受力最大的栓钉,一面进入塑性,但没有进入全截面塑性。6.2.2极限荷载前提下(36.8KN)组织变形和应力漫衍

  极限荷载前提下(36.8KN)组织变形和应力漫衍如图17~18,极限荷载前提下(36.8KN) 组织中受力最大的栓钉应力漫衍如图19~20。与焊接T型钢梁犹如的是,正在极限形态,跨中截面仅有中和轴左近截面而其余大一面截面进入塑性,进而造成塑性铰,组织遗失承载才力。

  正在极限荷载前提下,栓钉全截面塑性,况且截面大一面来到投降极限(800Mpa)。

  通过,图20~21可能创造,栓接T型梁的工致模子剖判获得的结果与试验值相称靠近。其荷载位移弧线正在线性段险些是重合,表明该工致有限元剖判模子合理,或许用来切确剖判栓接T型钢梁的受力形态。由图20看出,因为1.2米一对连绵板存正在,加强了栓接T型钢梁的承载力,其最终表面剖判极限承载力为36.8KN,试验得出为40KN驾驭。而焊接T型钢梁的极限承载力为45KN,遵守此连绵方法(M8@300,连绵板@1200)造造的栓接T型钢梁的承载力较焊接T型钢梁的承载力降低了约莫18%。

  可能看到正在11.7KN荷载(工况2)效用下,4.2米T型钢梁没有创造螺栓进入全截面塑性,正在13.5KN荷载效用下,有4根螺栓退失事情,占栓钉总数的26.6%,而这个荷载工况正在劳累试验中获得呈现,进程10万次轮回,T型钢梁的不成逆变形为1.1mm,厉重起因正在于有少量栓钉正在最大荷载14KN下全截面塑性。当然,跟着这个比例的加大,T型钢梁的承载才力也逐步到达极限。

  遵守图3所示本质组织,采用有限元工致模子实行剖判,其有限元模子如图23。正在工况2效用下,剖判结果如图24~28所示。

  遵循图23~28可知,正在工况2效用下,栓接T型钢的位移最大17mm,对应楼层为一层,跨度5.17米,挠度比值为1/304,知足模范央求。T型钢主体组织的最大米塞斯应力为444Mpa,但该应力崭露正在螺栓孔界限,翼缘和腹板中米塞斯应力最大为151Mpa。然而,正在工况2,3的荷载组合效用下,栓接T型钢中少量栓钉崭露了全截面塑性形态,共4根,占栓钉总数的11.7%。要是局限栓钉过早进入全截面塑性形态,对组织的变形和承载力均晦气,容易导致组织形成不成逆变形,同时承载力会降低。为了避免正在策画荷载(工况2,3)效用下有栓钉进入全截面塑性,正在施工图策画当中对原计划实行了整改。

  整改计划是正在支座左近实行间断焊加固钢梁,从而减幼支座左近的栓钉剪力,以到达避免栓钉进入全截面塑性形态的主意。间断焊接正在工致模子中(图29)中得以呈现。

  遵循整改后,组织的剖判结果可知,正在策画荷载效用下,组织中没有栓钉进入全截面塑性,组织承载力加多了约莫13%。

  a.通过试验和表面剖判结果比照,可知咱们采用的工致有限元模子或许精确响应栓接T型钢梁的受力形态,剖判结果合理牢靠;b.进程表面剖判可知,本工程中栓接T型钢梁全部的刚度和承载力或许知足模范央求;

  d.正在本质组织剖判的时期创造,正在策画荷载效用下,组织中有少量栓钉进入全截面塑性。鉴于首都机场专机楼幕墙工程的首要性,必需包管组织正在策画荷载内绝对安闲,遵循检测陈说和表面剖判结果,该幕墙工程栓接T型钢作了适应整改,正在确保正在策画荷载效用下无栓钉进入全截面塑性的同时,进一步进步栓接T型钢的承载力。