主從節(jié)點(diǎn)法在鋼結(jié)構(gòu)改造工程中的運(yùn)用

1、主從節(jié)點(diǎn)法在鋼結(jié)構(gòu)改造工程中的運(yùn)用【摘 要】本文介紹了在鋼結(jié)構(gòu)改造過(guò)程候中遇到的特殊結(jié)構(gòu)及節(jié)點(diǎn)在 staad 的處理形式，通過(guò)對(duì)幾種方法的對(duì)比得出模型的最優(yōu)處理方案。【關(guān)鍵詞】主從節(jié)點(diǎn)法；staad；荷載傳遞1.概述Staad 在鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算中有著其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，目前國(guó)內(nèi)電廠脫硫改造和脫硝改造中，大部分都是采用鋼結(jié)構(gòu)的形式，而且根據(jù)設(shè)計(jì)單位的不同，原鍋爐鋼結(jié)構(gòu)的形式多種多樣，目前來(lái)說(shuō)，基本上都是實(shí)腹式和格構(gòu)式，但是進(jìn)口的鍋爐中，有些項(xiàng)目會(huì)采用桁架結(jié)構(gòu)的形式，比如在伊敏電廠一期脫硝改造時(shí)碰到的前俄羅斯設(shè)計(jì)的鋼結(jié)構(gòu)，其梁和支撐均為桁架結(jié)構(gòu)形式，但是柱子卻是實(shí)腹式，其結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)的項(xiàng)目中非常罕見(jiàn)，按照常規(guī)

2、的做法，此改造設(shè)計(jì)分析很難精確地模擬下去。現(xiàn)就針對(duì)我們平時(shí)在改造過(guò)程中遇到的此種疑難雜癥進(jìn)行介紹并給出解決方案。2.工程簡(jiǎn)介2.1 伊敏電廠一期為兩臺(tái)鍋爐為廠房鋼結(jié)構(gòu)建造于1993 年，于 2013500MW 超臨界機(jī)組， 主年初 2014 年底進(jìn)行鍋爐環(huán)保一體化改造，此次改造的內(nèi)容為：在原鍋爐主廠房鋼結(jié)構(gòu)的尾排一跨上方增加脫硝裝置。2.2 水平桁架梁連接形式國(guó)內(nèi)大型鍋爐機(jī)組鋼結(jié)構(gòu)梁柱及支撐連接形式基本為實(shí)腹式單線連接的形式，在 staad 模型中，其均可以用軸線的形式表示出來(lái)。而本項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)的梁和支撐與柱子的連接形式為：柱子強(qiáng)軸方向，框架梁與其采用常規(guī)的實(shí)腹式連接形式，在 staad 中可以

3、用軸線表示出來(lái)；柱子弱軸方向，框架梁在柱子則采用水平桁架與實(shí)腹式結(jié)合的連接形式，即柱間梁采用水平桁架形式，其上下弦分別與柱子的上下翼緣相連接（見(jiàn)下圖一） 。此種結(jié)構(gòu)形式在國(guó)內(nèi)甚為少見(jiàn)，其實(shí)際情況的模擬在 staad 計(jì)算的中也需采用非常規(guī)的建模方式。圖一桁架梁與實(shí)腹梁平面圖2.3 設(shè)計(jì)資料與條件抗震設(shè)防烈度為6 度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值a=0.05g，反應(yīng)譜特征周期值為0.35s，地震分組為第一組，場(chǎng)地土類型為中硬土；建筑場(chǎng)地類別：II 類。風(fēng)雪荷載50 年一遇基本雪壓：0.50kN/m2 。50 年一遇基本風(fēng)壓：0.67 kN/m2 。3.主從節(jié)點(diǎn)的運(yùn)用在 STAAD 軟件中梁和柱是用軸線形

4、式表示，國(guó)內(nèi)外常規(guī)鋼結(jié)構(gòu)梁、柱、撐傳力路徑多對(duì)應(yīng)其截面中心線， 在 STAAD軟件中比較好利用桿單元模擬。因此項(xiàng)目桁架梁與柱子連接特殊，用普通的軸線形式無(wú)法表達(dá)清楚桁架梁的受力情況。經(jīng)討論，本項(xiàng)目決定采用主從節(jié)點(diǎn)【1】的形式模擬桁架梁與柱子的連接：此桁架結(jié)構(gòu)截面、幾何條件及荷載條件如下：柱子截面為 HN2000X800X16X40 ，桁架梁上弦桿截面為HN1000X300X19X36 ，下弦桿截面為HN600X200X11X17 ，上下弦桿之間的水平支撐為雙角鋼2L100X63 ，上弦桿正中間（ 10 號(hào)節(jié)點(diǎn)處）作用有1000KN 的恒荷載。桁架梁跨度為12m，柱底與基礎(chǔ)的連接為剛結(jié)，桁架梁分

5、別與柱子上下翼緣連接節(jié)點(diǎn)為鉸接形式。主從節(jié)點(diǎn)是模擬剛體的一種方法，將從節(jié)點(diǎn)綁定到主節(jié)點(diǎn)后，主從節(jié)點(diǎn)間的梁則具有無(wú)限剛度，可作為剛體考慮。對(duì)于此項(xiàng)目中節(jié)點(diǎn)，主從節(jié)點(diǎn)間的梁即為柱子橫截面，其在柱子軸線方向具有無(wú)限剛度，可以有效地模擬。將柱子上 13 和 14 節(jié)點(diǎn)作為主節(jié)點(diǎn)，2 和 5 作為從節(jié)點(diǎn)與 13 節(jié)點(diǎn)捆綁在一起， 2， 13，5 均為柱子在同一截面上的三個(gè)點(diǎn)； 4 和 6 作為從節(jié)點(diǎn)與 14 節(jié)點(diǎn)捆綁在一起， 4，16，4均為柱子在同一截面上的三個(gè)點(diǎn)。這樣就可以比較清晰準(zhǔn)確地模擬水平桁架梁與柱子的受力情況，進(jìn)而得出較合理的結(jié)果。現(xiàn)就分別用常規(guī)懸挑梁算法和主從節(jié)點(diǎn)法對(duì)此結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的撓度進(jìn)行計(jì)

6、算，并與手算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析如下：常規(guī)懸挑梁算法（見(jiàn)圖二）：圖二常規(guī)懸挑梁算法結(jié)果： 10 節(jié)點(diǎn)的豎向位移量為33.938mm 。不考慮柱子，純12m 跨梁的變形量為：33.938-4.257=29.681mm 。主從節(jié)點(diǎn)法（見(jiàn)圖三） ：圖三主從節(jié)點(diǎn)法結(jié)果： 10 節(jié)點(diǎn)的豎向位移量為31.901mm 。不考慮柱子，純12m 跨梁的變形量為：31.901-2.221=29.68mm ，與前面常規(guī)懸挑梁算法的梁撓度基本一致。手算純梁的變形量：簡(jiǎn)支梁的撓度計(jì)算公式為：P=1000KN ， l=12m ，號(hào)節(jié)點(diǎn)處撓度為：由此可見(jiàn)，主從節(jié)點(diǎn)法和常規(guī)做法的差別就在柱子翼緣處節(jié)點(diǎn)（ 7，8 號(hào)節(jié)點(diǎn)）位移上，

7、而此處位移的區(qū)別在于，常規(guī)懸挑梁算法中柱子的變形大些，因?yàn)?，懸挑梁的剛度沒(méi)有主從節(jié)點(diǎn)法梁的剛度大，故其變形會(huì)大些。而柱子截面高度的方向剛度可視為無(wú)限大，故主從節(jié)點(diǎn)法的形式更接近實(shí)際情況些。討論：主從節(jié)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)在于可以將不同的節(jié)點(diǎn)綁定到一起，形成一個(gè)剛度無(wú)限大的剛性面，此面中的所有節(jié)點(diǎn)一起受力并且一起變形。而本工程的實(shí)際情況是7，3， 5 同為左側(cè)柱子截面上的三個(gè)點(diǎn)：上翼緣、腹板中點(diǎn)和下翼緣，這三個(gè)點(diǎn)在柱子的同一截面上，它們應(yīng)該一起抗彎， 一起變形，在 staad 軟件中，這種情況與主從節(jié)點(diǎn)法很接近。4.結(jié)語(yǔ)在結(jié)構(gòu)計(jì)算中，遇到特殊復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形式時(shí)，我們應(yīng)盡可能地將模型與實(shí)體結(jié)構(gòu)做到更接近，更好地模擬和體現(xiàn)結(jié)構(gòu)的實(shí)際各