段生煒（安徽省交通控股集團(tuán)有限公司,合肥　230000）

戶外廣告牌異形拼裝節(jié)點標(biāo)準(zhǔn)化仿真模擬計算研究

段生煒
（安徽省交通控股集團(tuán)有限公司,合肥230000）

摘要：本文通過對廣告牌梁柱拼接節(jié)點和分塊拼接節(jié)點的標(biāo)準(zhǔn)化研究，根據(jù)馬鞍山地區(qū)32米雙立柱式廣告牌相應(yīng)節(jié)點的模擬分析和計算研究，得到其米塞斯主應(yīng)力、變形和接觸面拉壓應(yīng)力范圍，提出兩種標(biāo)準(zhǔn)拼接節(jié)點的設(shè)計要點和適用范圍，為拼接節(jié)點的標(biāo)準(zhǔn)化研究提供了一種新思路。

關(guān)鍵詞：模擬分析；米塞斯主應(yīng)力；拼接節(jié)點；接觸面拉壓應(yīng)力；變形

1　概述

戶外廣告制作是在九十年代末期產(chǎn)生，近幾年發(fā)展起來的。如今，眾多的廣告公司越來越關(guān)注戶外廣告的創(chuàng)意、設(shè)計效果的實現(xiàn)。各行各業(yè)熱切希望迅速提升企業(yè)形象，傳播商業(yè)信息，各級政府也希望通過戶外廣告樹立城市形象，美化城市。這些都給戶外廣告制作提供了巨大的市場機(jī)會，也因此提出了更高的要求。

在這種市場要求下，國家已經(jīng)發(fā)布了技術(shù)規(guī)程《戶外廣告設(shè)施鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（CECS148：2003）和建筑圖集《戶外鋼結(jié)構(gòu)獨立柱廣告牌》（07SG526）對戶外廣告牌的設(shè)計和制作進(jìn)行規(guī)范和指導(dǎo)。由于戶外廣告牌制勝的關(guān)鍵要求有超大的外觀尺寸、獨特的廣告創(chuàng)意、絕佳的地理位置，拘泥于規(guī)范給定的節(jié)點樣式往往會造成設(shè)計的滯后，材料采購加工的困難和安裝的繁瑣。在這種緊迫的壓力下，合理的節(jié)點設(shè)計往往會簡化相應(yīng)的制作安裝難度，提高標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件的生產(chǎn)效率，為企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新增添新的閃光點。

2　異形拼裝節(jié)點設(shè)計過程

2.1依托工程簡介

工程地點位于安徽省馬鞍山地區(qū)，為雙立柱式廣告牌，跨度32米，立柱高7.3米，牌面高4米，兩側(cè)懸挑4米，基本風(fēng)壓為0.5千帕，抗震等級四級，抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度值0.1g，設(shè)計地震分組為第一組，設(shè)計特征周期0.35秒。廣告牌立柱為方鋼管，橫梁為三道熱軋H型鋼組成的平面桁架，檢修道采用角鋼制作，具體見圖1、2。

主要拼接節(jié)點包括：立柱牌面拼裝節(jié)點，牌面整體運輸安裝拼接節(jié)點，對這兩種節(jié)點進(jìn)行仿真模擬計算和經(jīng)濟(jì)性歸類標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計。

2.2節(jié)點設(shè)計要求

考慮到大批量加工和安裝的標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)要求，盡量減少現(xiàn)場構(gòu)件組裝和焊接作業(yè)的工作量，在設(shè)計階段就考慮采用標(biāo)準(zhǔn)化模塊進(jìn)行節(jié)點設(shè)計，分塊及拼接節(jié)點位置如圖3所示。

圖1?。?米+32米+4米）戶外雙立柱式廣告牌斜視圖

圖2?。?米+32米+4米）戶外雙立柱式廣告牌正、側(cè)視圖

圖3　戶外雙立柱式廣告牌分塊布置和拼接節(jié)點位置

節(jié)點設(shè)計應(yīng)遵循的要求：（1）結(jié)構(gòu)安全、施工便利，（2）材料的性價比較高，不能增加大量輔助構(gòu)件，材料采購或代換簡單，（3）生產(chǎn)工藝不復(fù)雜，無需進(jìn)行專項開模或設(shè)置專項工藝胎具。

2.3節(jié)點設(shè)計過程

梁柱拼接節(jié)點設(shè)計：采用過渡連接構(gòu)件方式，同時為廣告畫布提供翻轉(zhuǎn)固定空間。過渡連接件設(shè)計如圖4。

圖4　　梁柱過渡連接節(jié)點

按整體設(shè)計計算結(jié)果輸入外荷載和支反力，進(jìn)行細(xì)部分析，對結(jié)果進(jìn)行論證。就如同蒼蠅拍的拍子面和立桿之間連接薄弱位置一樣，為平衡經(jīng)濟(jì)性能和安全性能的協(xié)調(diào)，需要對梁柱將連接節(jié)點進(jìn)行考證。計算發(fā)現(xiàn)整體變形最大位置位于無支撐的外板邊緣，箱體內(nèi)部變形較小，整體剛度能夠滿足體系立桿和面板之間的轉(zhuǎn)換和變形協(xié)調(diào)，最大應(yīng)力位于受壓立柱和箱體內(nèi)加勁板邊緣，最大應(yīng)力約184兆帕，已經(jīng)接近最大允許應(yīng)力215兆帕；最大變形1mm，變形較小，螺栓連接位置最大連接應(yīng)力達(dá)到119兆帕，普通螺栓即可滿足外荷載要求，整體過渡節(jié)點既滿足安全要求，又充分發(fā)揮了材料的既有強(qiáng)度，計算結(jié)果如圖5、6所示。

牌面拼接節(jié)點設(shè)計：采用法蘭連接構(gòu)件方式，既要保證每個標(biāo)準(zhǔn)塊的剛度穩(wěn)固、不會在運輸狀態(tài)變形；又要確保連接簡單、節(jié)點穩(wěn)固可靠。采用10#槽鋼加勁板式連接節(jié)點在運輸階段形成標(biāo)準(zhǔn)塊外框，同時在受外風(fēng)載造成連接桿件受拉壓力矩影響時可以有效約束桿件的順風(fēng)向穩(wěn)定效果；并且法蘭連接考慮連接的安全性和操作的便捷性上也是無可厚非的，具體模型和計算結(jié)果如下：最大應(yīng)力228兆帕，位于桿件位置，滿足規(guī)范要求的“強(qiáng)節(jié)點弱桿件”的要求；計算最大連接變形僅1.5mm，中桿開孔變形不超過1mm，在螺栓連接的允許范圍之內(nèi)，接觸的螺栓面最大應(yīng)力為108兆帕。計算見圖7、8、9。

圖5　　節(jié)點處外荷載和計算變形

圖6　　節(jié)點處應(yīng)力和連接位置應(yīng)力云圖

圖7　　分塊連接節(jié)點

圖8　　節(jié)點處外荷載和計算變形

圖9　節(jié)點處應(yīng)力和連接位置應(yīng)力云圖

3　結(jié)論

通過以上對兩種連接節(jié)點的各項指標(biāo)的技術(shù)分析，得出如下結(jié)論：

（1）梁柱拼接節(jié)點：常規(guī)節(jié)點做法對整個牌面的剛度完全依托在整體牌面對立柱的剛性連接，要求采用大規(guī)格的鋼梁和鋼柱連接。采用拼接節(jié)點后，對鋼梁剛度要求降低了，但增加了梁柱拼接節(jié)點的制作，總體來說對于大風(fēng)載、大跨度或高構(gòu)件的廣告牌應(yīng)該還是具有廣泛的適用性的。

（2）牌面拼接節(jié)點：可以將大跨牌面分解成幾個標(biāo)準(zhǔn)塊，便于運輸和安裝，但結(jié)構(gòu)安全性能需要進(jìn)行復(fù)核比選，其安全性能不如單根構(gòu)件拼裝，但安裝效率和經(jīng)濟(jì)性能具有明顯優(yōu)勢。

（3）綜合考慮，由于廣告牌的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件多，材料采購庫存周期短，在經(jīng)過結(jié)構(gòu)驗算的基礎(chǔ)上進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的資源最優(yōu)配置，可以使用最少的資源投入，獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益，對于廣告牌的制作和安裝具有明顯的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國.戶外廣告設(shè)施鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（CECS 148：2003）[S].

[2]中華人民共和國.戶外鋼結(jié)構(gòu)獨立柱廣告牌（07SG526）[S].

[3]中華人民共和國.鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范（GB50205-2001）[S].

[4]ANSYS11.0 結(jié)構(gòu)分析工程應(yīng)用實例解析[S].機(jī)械工業(yè)出版社,2008.