賈淑華

摘 要：本文結(jié)合中國大唐5G微基站華東基地展覽館工程的鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點進行選型，基于鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點的實際構(gòu)造形式建立有限元模型，對施工過程中的難點提出合理的應(yīng)對措施，保證結(jié)構(gòu)的安全性。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點;ANSYS有限元模擬;施工技術(shù)

中圖分類號：TU391文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）31-0097-02

Technical Analysis of Steel Structure Joints Based on Finite Element Analysis

JIA Shuhua

（Yunnan Agricultural University，Kunming Yunnan 650000）

Abstract： In this paper， combined with the steel structure node selection of China Datang 5G micro base station east China base exhibition hall project， the finite element model was established based on the actual structural form of steel structure node， and reasonable countermeasures were proposed to ensure the safety of the structure.

Keywords： steel structure joint;ANSYS finite element simulation;construction technology

大唐5G展覽中心是集辦公、展覽、商業(yè)為一體的綜合性現(xiàn)代化展館，建筑設(shè)計地點為菏澤新世紀科技城內(nèi)，總建筑面積為16 956.61 m2，建筑高度為20.3 m，建筑結(jié)構(gòu)為型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)[1]。在本次施工建造中，對大跨度的鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點進行焊接成為施工難點，本文對重點節(jié)點有限元建模后進行靜力學(xué)性能分析，對焊接技術(shù)進行控制。

1 有限元模型的建立

1.1 有限元建模的相關(guān)措施

利用有限元建模，是將工程實體轉(zhuǎn)化為一個能由計算機識別并進行計算的數(shù)學(xué)模型，是將結(jié)構(gòu)的內(nèi)在屬性通過數(shù)學(xué)方法進行定性或者定量的展現(xiàn)。為了有效解決實際問題，就要對結(jié)構(gòu)單元的劃分精細度進行控制，以保證計算機系統(tǒng)在計算中的誤差。精細度的控制主要在于網(wǎng)格的劃分，對建模起決定性作用，但是對于網(wǎng)格劃分不要過于精細，過于精細會導(dǎo)致誤差增大。為了在設(shè)計中體現(xiàn)“強節(jié)點、弱構(gòu)件”的理念[2]，對節(jié)點構(gòu)件進行精細化的分析顯得尤為重要，本文選取結(jié)構(gòu)中的重要節(jié)點為例子進行建模分析，然后進行連接技術(shù)闡述。

1.2 節(jié)點模擬

首先，節(jié)點是基于工程實例，在CAD的三維界面里面建立一個面域的形式，建立圖形時要保證各節(jié)點之間不要有間隙，以為建模時的運算提供便利。在CAD中完成建模后，保存為ACAD格式，再從ANSYS中的工作目錄讀入，讀入后的結(jié)果為線框的形式，再建立實體面，然后進行布爾運算，連接為一個整體，定義材料為SHELL181單元，采用SHELL181單元模擬鋼結(jié)構(gòu)，所得的云圖能更好地反映鋼結(jié)構(gòu)的破壞特征[3]。定義截面屬性，然后再進行截面屬性的劃分，劃分完畢后再進行網(wǎng)格劃分，劃分完后進入約束和加載。結(jié)構(gòu)節(jié)點的有限元模型如圖1所示。

有限元模型采用映射網(wǎng)格劃分，由于鋼結(jié)構(gòu)實際節(jié)點的復(fù)雜性，對鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點的建模進行簡化，不考慮梁長以及其他自身材質(zhì)對節(jié)點受力的影響，對梁施加外力，不再建立節(jié)點焊縫，忽略焊接殘余應(yīng)力的影響，直接分析整體受力狀態(tài)[4]。節(jié)點整體位移和節(jié)點的應(yīng)力分別如圖2和圖3所示。

從應(yīng)力云圖可以看出，當施加力時，節(jié)點處發(fā)生較大的位移，應(yīng)力首先在節(jié)點及梁翼緣被約束部位出現(xiàn)，逐漸向節(jié)點中心遞減;由于節(jié)點向下移動，斜拉梁上翼緣直接承受拉力，中間鋼柱的翼緣承受壓力，所以在交點處出現(xiàn)較大的應(yīng)力應(yīng)變，并在斜拉梁腹板與柱翼緣交接處出現(xiàn)奇異點，所以出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，對焊接質(zhì)量有較高的要求。工字梁由于腹板的約束，中部應(yīng)力最小，隨著力和位移的增加，應(yīng)力應(yīng)變隨著腹板向中間節(jié)點增大，并且在腹板與翼緣接觸的部位向四周增加。

2 基于有限元模型的技術(shù)探究

由于受力后節(jié)點連接處成為結(jié)構(gòu)的薄弱部位，因此焊接質(zhì)量的效果能直接影響鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點的穩(wěn)定性，確保焊接技術(shù)的控制，有利于整體工程質(zhì)量的提升。

2.1 焊接技術(shù)難點分析

在實際施工過程中，由于鋼結(jié)構(gòu)本身的復(fù)雜性，再加上現(xiàn)場焊接過程中其他輔助作業(yè)的影響，其焊接難度要遠大于現(xiàn)場焊接試驗的難度。首先，由于焊接工藝的影響，產(chǎn)生的熱量會使焊接過程出現(xiàn)不均勻的現(xiàn)象，造成焊接變形異常;其次，焊接技術(shù)對施工人員的技術(shù)水平要求比較高，在焊接過程中出現(xiàn)任何技術(shù)偏差都可能會造成焊接氣泡、裂紋、夾渣等不良現(xiàn)象;最后，焊接人員要對焊接過程進行記錄，在焊接完成后根據(jù)國家要求規(guī)定進行檢測[5]。

2.2 現(xiàn)場焊接技術(shù)措施

首先，通過現(xiàn)場試驗得出結(jié)論，在焊接過程中，要嚴格控制焊縫之間的間隔，減小焊接產(chǎn)生熱量的影響（焊縫之間的間隔控制在0.5～1 h），同時選擇環(huán)境溫度較低的時間段，也可以減少焊接熱量的影響。其次，焊接人員的技術(shù)水平對焊接質(zhì)量有直接影響，施工隊伍選用一批具有專業(yè)技術(shù)能力的焊接人才，結(jié)合實際施工情況進行專業(yè)技術(shù)交底，并進行現(xiàn)場模擬件的焊接試驗，在焊接前熟悉焊接流程，在焊接過程中控制焊縫尺寸，使其保持均勻?qū)ΨQ。焊接人員也可采用逆向法回焊，在一定程度上避免焊縫膨脹，也可通過控制焊接順序，及時消除焊接應(yīng)力。最后，焊接人員在焊接之前要做好相應(yīng)的預(yù)熱處理和焊接完成后的冷處理，以有效減少焊縫的出現(xiàn)。

3 結(jié)語

本文利用有限元軟件ANSYS對鋼節(jié)點進行模擬，從應(yīng)力云圖和節(jié)點位移圖中得到了節(jié)點受力的薄弱環(huán)節(jié)，進而進行焊縫技術(shù)的重點難點分析及現(xiàn)場施工的難點落實，從現(xiàn)場實際出發(fā)，最大程度上保證工程質(zhì)量，滿足實際工程的建設(shè)標準。

參考文獻：

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[3]李石峰，占長志.分析鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)及其質(zhì)量管理[J]新技術(shù)應(yīng)用與實踐，2019（44）：174-175

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